排列五走势图500期连线:【學術論文】白車身電泳工藝的仿真分析與實驗研究

排列五走势图分析 www.cpowyc.com.cn 廖毅1,劉強強1,許冰1,李奧2,楊磊3,4,楊銳4,肖剛4


(1.上汽通用五菱技術中心,廣西柳州 545007; 2.湖南大學汽車工程學院,湖南長沙410082; 3.上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室,上海 200240; 4.上海格麟倍信息科技有限公司, 上海 200120)




摘要:針對汽車電泳過程中,現場影響因素復雜,過程控制要求高,質量問題分析不足,根據流體N-S方程、連續方程、動量守恒方程、能量守恒方程及麥克斯韋方程建立全耦合數學計算模型,應用ECoatMaster有限元分析軟件,對三維狀態下的汽車電泳工藝進行全耦合場計算機仿真分析,得到整車電流密度分布及漆膜厚度分布。結果表明在全耦合計算機仿真分析過程中應用ECoatMaster軟件能有效計算電泳液屬性、陽極管排布、電壓特性、行車軌跡特性對汽車電泳性能的影響,所得整車外板及B柱內腔膜厚的不同開孔位置膜厚差異,并與已有實驗結果及研究數值吻合良好。


關鍵詞:電泳工藝;全耦合;數值分析

中圖分類號:TG401  文獻標識碼:A


Numerical analysis of E-Coating process under the fully coupled conditions

LIAO Yi1, LIUQiang-qiang1, XU Bing1, LI Ao2, Yang Lei3,4, YangRui4, Xiao Gang 4


(1. SGMW Automotive Company Technology Center, Liuzhou 545007; 2. Automotive College, Hunan University, Changsha 410082; 3. State Key LAB of Metal Matrix Composites, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240; 4.Shanghai GLB Infor&Tech.Ltd, Shanghai 200120


Abatract: Aiming at the defects predict of Automotive E-coating process in difficult conditions and highquality control. According to the N-S equation, continuality equation, momentum conservation equation, energy conservation equation and Maxwell equations. Applied in ECoatMaster finite element software to analyze the E-Coating process 3D field under fully coupled conditions to predict electric current distribution and painting film distribution. The results show that the paint characters, anodes distribution, voltagesetting and vehicle trajectory will effect film distribution,The film distribution in in outer vehicle and B-pillar is different based on the sharp and product design. It is good agreement with experimental and research result.

Key Words: E-Coating process; Fully Coupled; Numerical Analysis


0 前言


電泳過程是一個非常復雜的物理-化學過程,影響因素眾多,而且當前由于對汽車安全性、NVH特性等要求越來越高,車身設計也越來越復雜,白車身內腔結構如A柱、B柱、門檻、橫梁、前縱梁等部位往往存在涂層厚度較小或者根本電泳不到的問題。汽車電泳過程伴隨流體力學、能量轉換、能量傳輸、電場作用等一系列動態變化的過程,很難通過直接觀測的方法得到電泳工藝的準確行為特征,而數值分析則可在一定的數學模型下提供完整的流場、電場及化學特性參數信息。由于汽車電泳過程中涂料特性及工藝的控制參數穩定對整體車輛防腐質量評價起到關鍵性作用因此國內外眾多研究者對汽車的電泳工藝開展了大量的研究,并建立了相對成熟穩定的數學模型。XiaoHSong為計算電泳工藝建立了直角坐標系下的電場模型,并研究了電泳力大小和方向對電場的影響行為,使其更接近實際的結果。


Elsyca Paulo等根據流體守恒控制方程組和麥克斯韋方程組對整個電泳過程電場及流場區域建立了三維的數學模型,考慮了電流分布、流動速度、行車軌跡、涂料屬性等之間的相互作用,對白車身的電泳工藝做了認真的分析和研究,同時對比二維的計算結果發現此種模型更加符合實際,同時也研究了不同陽極條件和外力作用下涂裝性能的改變。


實際電泳過程中存在電場作用、流場作用的同時,溫度場的變化也對涂料性能及電場強度及方向有影響,本文建立了不同方程作用下的全耦合數學模型,利用ECoaECoatMaster軟件對上汽通用五菱汽車有限公司某款車型進行了全耦合場分析研究,是研究更符合實際,并對白車身電泳工藝進行指導和改進。


1 模型的數學描述及分析


1.1 控制方程


描述電泳工藝的控制方程組如下式(111)所示:

質量連續方程為

式中:ρ為流體的密度,u為流體在x方向的速度,v為流體在y方向的速度,w為流體在z方向上的速度。


動量守恒方程為

式(24)分別為流體在3個方向上的動量守恒方程。其中,μ為流體的粘度,fxx方向流體所受的體積力,fyy方向流體所受的體積力,fzz方向流體所受的體積力,其中fx、fyfz主要為洛倫茲力,而在z方向時還應考慮重力的作用。


能量守恒方程為

式中:k為電弧介質的熱傳導系數,Cp為電弧介質的比熱容,St為熱源項。



式中:j為電流密度,o為電導率,V為電勢,B為磁感應強度,A為磁矢量式,u0為真空磁導率。


1.2 幾何模型及網格劃分


根據現場工況條件分別建立整車數模、電泳槽數模、陽極排布數模,使三維模型符合實際工況,如圖1所示:


圖1. 現場工況的有限元網格劃分


在求解過程中,為了得到更加精確的結果,需在變量梯度大的區域劃分細密的網格,故該模型采用的是自由化網格。由于電極附近溫度、電流密度、速度等變量的梯度都很大,故該電極區域選用細密網格。模型內部由于是電場較難到達部位及電泳工藝關心位置,該故此區域也選用細密網格。在求解域的內部,中通道附近的電流密度梯度也很大,故該區域也需選用細密網格。除了上述需要特別注意的區域外,求解域的其他部分可以采用相對稀疏的網格,以達到在求解精度滿足要求的前提下減小計算量,如圖2

2. 白車身數模網格劃分


1.3 邊界條件


在對電泳所涉及的溫度場、流場、電場進行求解時,需要對其邊界條件進行設定。在溫度場中,考慮電泳漆特性變化屬性。在流場中,電極及工件表面設為無滑動的壁面,而電場求解域的四周則設為開邊界。在電磁場中,電極設為向內的電流密度,而求解域的白車身設為接地,四周電泳槽及其他邊界則設為電絕緣。白車身電流隨電壓分布,如圖3所示:


圖3. 電泳過程中的電流趨勢


1.4 模擬參賽的選擇


模擬過程中介質為涂料及氣體,在計算過程中需要對求解域中的介質進行屬性設定,分段工作電壓選擇、行車軌跡運行,其參數的選擇如表一所示:


2 計算結果與分析


2.1 控制方程 漆膜厚度分布


外板膜厚結果如圖4

(a)

(b)

4. 整車外板膜厚模擬結果


內板膜厚分布如圖5

5. 內板膜厚分布


2.2 仿真值與真實值對比


6. 仿真值與實際測量值對比


3 結


利用ECoatMaster有限元電泳分析軟件對三維狀態下,電泳過程電場、流動場及涂料電泳能行進行全耦合計算機仿真模擬。

1、在能量守恒、動量守恒質量守恒三大控制方程狀態下利用MaxWell方程求解計算電泳模型是可行、可靠的。

2、在全耦合條件下求解得出的電流密度分布、電泳膜厚厚度分布,符合在大電流狀態下有利于漆膜厚度的生長,隨漆膜厚度增加,電泳阻抗增加,電流密度降低,向內板轉移,使內板電泳膜厚增加。與實際測量值相吻合。


參考文獻


[1] 李建 ,張新成 .電泳工藝電場數值模型研究  [J] 南京工業大學學報, 2006, 2711);25-28.

[2] 李婷婷 ,金超 .汽車電泳工藝計算機仿真分析[M] 吉林大學, 2012,2;

[3] ECoatMaster Manual  [J] Elsyca ,2010,15-23;


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