1 水箱介绍
散热器属于冷却系统，发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室、主片及散热器芯等三部分构成。为了避免发动机过热，燃烧室周围的零部件（缸套、缸盖、气门等）必须进行适当的冷却。为了保证冷却效果，冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、缸体水道、缸盖水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。
2 工作原理
水箱是水冷式发动机的重要部件，作为水冷式发动机散热回路的一个重要组成部件，能够吸收缸体的热量，防止发动机过热由于水的比热容较大，吸收缸体的热量后温度升高并不是很多，所以发动机的热量通过冷却水这个液体回路，利用水作为载热体传导热，再通过大面积的散热片以对流的方式散热，以维持发动机的合适工作温度。
当发动机的水温高的时候，水泵泵水反复循环借此来降低发动机的温度，因水箱的构成是一根根空心的铜管，高温水进到水箱经过风冷又循环到发动机缸壁，以达到保护发动机的目的。冬天水温如果过低，这个时候就会停止水的循环，避免发动机温度过低。
3 HyperMesh介绍
HyperMesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。
在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。其他很多有限元前处理软件对于一些复杂的，大规模的模型在读取数据时候，需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，这样后续的CAE分析工作就无法进行；而如果采用HyperMesh，其强大的几何处理能力使得HyperMesh可以很快的读取那些结构非常复杂，规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多应用其他前后处理软件很难或者不能解决的问题变得迎刃而解。
本次研究就是利用hyperMesh进行几何的前处理，对几何体进行有限元的离散化处理，然后根据所需的工况进行条件加载。然后再利Abaqus进行后处理，分析比对结果。
4 水箱连接方式分类
水箱水室与主板的连接方式主要有两种，一种方法是通过螺栓，将水室与主板连接在一起；采用此种方法，主板通常会较宽，一般主板的边缘到芯体表面的距离大约在30mm左右，因此，这种结构对主板的强度要求也较高。如果应用工况需要承受较高的压力时，对主板的厚度也是有一定要求的。另一种方法是直接将水室与主板焊接在一起。此种方法适合用于长宽在1000mm左右的水箱。采用此种连接，主板通常都较窄，主板边缘到芯体表面的距离大约5-6mm左右。因此，这种结构对主板的强度要求也较低，一般0.8mm厚的主板即可满足要求，且结构也相对稳固。此次研究，就是针对第一种主板结构，在不同的压力下，利用hyperMesh软体，模拟现实状况，对主板进行不同压力下的受力分析。通过主板在模拟结果中的变形量，来判断在设计水箱时在不同的压力下，到底应该选取多厚的主板。
5 分析过程
5.1设计方案一
5.1.1模型介绍
模型选择：3.4m长水室及主板模型
连接方式：螺栓连接
材料：水室：Q235；主板：SM2464；水管：SM2385；垫块：Q235
图1 方案一有限元模型
边界条件：
压力大小：3公斤，即0.3MPa
压力施加位置：1）水室内表面；2）主板与水接触的部位。
固定：将水管视为刚体，并固定。
连接：螺栓的位置用rigidlink连接起来。
边界条件如下图所示：
图2 方案一有限元模型的边界条件
对比模型见图3。
图3 方案一对比模型
5.1.2分析结果
图4 主板应力对比结果
图5 主板变形量对比结果
图6 方案一结果对比
5.1.3结论
由数据可得，当压力位0.3MPa时，厚度1.5mm的主板，才能承受该压力，且变形量很小。
水室结构的强弱也会对主板的变形产生影响，故本次研究将主板看作刚体。
5.2设计方案二
5.2.1模型介绍
模型选择：2m长水室及主板模型
连接方式：螺栓连接
材料：水室：Q235；主板：SM2464；水管：SM2385；垫块：Q235
图7 方案二有限元模型
边界条件：
压力大小：6公斤，即0.6MPa
压力施加位置：1）水室内表面；2）主板与水接触的部位。
固定：将水管视为刚体，并固定。
连接：螺栓的位置用rigidlink连接起来。
对比模型见图8。
图8 方案二有对比模型
5.2.2分析结果
图9 主板应力对比结果
图10 主板变形量对比结果
图11 方案二结果对比
5.2.3结论
针对长度2.2m左右的主板，其厚度需要2mm，才能承受0.6MPa的压力。
6 总结
在不同的压力工况下，需要选择不同厚度的主板来满足结构强度的要求。除此之外，水室的结构强度对主板的变形量也会有影响，所以本次研究，将水室结构看作完全合格，不考虑水室的变形，故把其看作刚体来进行对比实验。通过实验结果可知，在3公斤压力下，1.5mm厚的主板才能满足其结构强度的需求，而当压力为6公斤时，2mm厚的主板才能满足结构强度的要求。通过此种方法，可以针对不同的压力，模拟不同厚度的主板的变形情况，来选择和优化我们的结构设计，以达到节约成本，并且使结构强度满足需求的目的。
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