为什么汽车膨胀箱设计要用到CAE仿真？

说起汽车水箱，我相信大多数车主都不会陌生，它是汽车散热系统的重要组成部分，保证发动机在最适宜的温度状态下工作，为汽车发动机冷却起着重要作用，但是提起汽车膨胀箱又有多少人知道呢？

汽车膨胀箱又称膨胀水箱或储液罐，它与水箱有些关联，比较简单的讲，汽车膨胀箱就是汽车冷却系统的一个零件，它的主要作用是：当汽车冷却系统的水温升高的时候，冷却液势必就会发生膨胀，因此水位上升，如果没有膨胀水箱，那么冷却系统的压力就会升高。冷却液就可能会从缝隙处喷出或者压坏冷却系统的零件，导致冷却系统失灵。在有膨胀箱的情况下，水箱散热器里面盛不下的冷却液会回流到膨胀箱，防止水箱压力过高，反之，还可以在水箱水位过低的时候补充水位。所以，膨胀箱的主要作用是为冷却液提供膨胀和收缩的空间，以及冷却系统集中的排气点，其产品作用决定了膨胀箱必须在气密性、抗振动、耐压方面有着高可靠的特性。

传统的产品开发流程中，新产品上市前必须做反复的物理测试，但物理测试需要准备多个样品，同时耗费大量的时间和成本，最重要的是，通过物理测试很难理解复杂点处的流动行为或应力产生，有时无法找到问题的根源所在。通过CAE仿真，在产品设计早期阶段就能够识别应力集中区域，有助于优化产品的设计，减少物理试验。以下为元王CAE仿真专家为某企业膨胀箱产品做的气密性仿真分析。

分析条件

负压试验：压力：－99.3 kPa，环境温度 ：25±3℃ ，试验时间1min；

正压试验（水中）：压力： 300 kPa ±10 kPa，环境温度 ：25±3℃ ，试验时间1 Min ；

正压试验（高温箱中）：环境温度 ：120℃±2.5℃ ，加压力：200±10 kPa，加压时间 ：10 Min 加压顺序 ：0→200→0 kPa，加压周期： 20±1 kPa/30 s，加压方法：每30S升高20kpa气压，分10次加压到200kpa，再分10次20kpa/30s降压至0kpa为一个循环，一个循环刚好10分钟；

要求：产品外观无破损、变形。气密性能需保持；

分析结果

常温正压300kpa及负压99.3kpa工况下，膨胀箱体最大应力均低于所用材料屈服应力（33Mpa），焊接区域的最大应力亦低于所用材料许用应力（33*70%=23.1Mpa），部件失效风险低，不影响箱体的气密性。

正压0-200-0kpa气密性分析图

高温120°C，正压200kpa下，膨胀箱体最大应力超出所用材料屈服应力（33Mpa），出现在箱体下部固定区域处（热变形导致），屈服风险高；除固定区域外，箱体其他区域最大应力均低于材料屈服应力，焊接区域最大应力亦低于材料许用应力，不影响箱体的气密性。

根据元王CAE仿真分析结果，客户对产品进行了有针对性的优化，促使产品各项性能最终圆满达标，值得一提的是，根据客户反馈数据显示，此次CAE仿真分析参与的新产品设计，相比以往产品最终成型，时间上减少了60%，测试相关成本也节约了近50%。

随着科技发展，汽车及汽车零部件的电子化、智能化趋势将越来越明显，这必将引起汽车行业新一轮的产品更新，伴随着产品的快速迭代过程，CAE仿真在产品研发中的作用也更加凸显，选择元王CAE应用解决方案专家，为您的汽车行业的更可靠、更安全创造无限可能。