本文選題：緊耦合式排氣歧管 + 流固耦合��； 參考：《重慶理工大學》2016年碩士論文

【摘要】：近年來發(fā)展起來的緊耦合式排氣歧管能夠很好的解決汽車冷啟動階段污染物排放的問題,這是因為三元催化器與排氣歧管組合成一體,在冷啟動階段,催化劑能很快達到起燃催化溫度,大大減少了污染物的排放量。作為新發(fā)展起來的一種排氣歧管形式,目前學者們對緊耦合式排氣歧管熱結(jié)構(gòu)性能的分析還比較少,又因為其結(jié)構(gòu)形式、使用材料不同于傳統(tǒng)的排氣歧管,其長期承受高溫和常溫之間循環(huán)的溫度作用,又受到來自周圍部件傳遞來的振動激勵作用,工作環(huán)境非常惡劣,所以有必要對其熱結(jié)構(gòu)性能進行分析研究�；谝陨媳尘�,本文對某企業(yè)新開發(fā)設(shè)計的一款緊耦合式排氣歧管進行了熱結(jié)構(gòu)性能分析研究,主要目的是考察其是否滿足使用要求。本文運用計算機數(shù)值模擬的方法,對該緊耦合式排氣歧管從溫度場、結(jié)構(gòu)模態(tài)、熱應力及低周熱疲勞壽命等幾個方面進行了熱結(jié)構(gòu)性能的計算分析。主要工作內(nèi)容如下:(1)依據(jù)企業(yè)提供的發(fā)動機及排氣系統(tǒng)設(shè)計參數(shù),運用GT-power軟件建立了帶有排氣系統(tǒng)的發(fā)動機一維仿真模型,并基于發(fā)動機的外特性實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的合理性,最后得出了下一步計算分析所需的邊界條件。(2)運用流體仿真軟件STAR-CCM+與固體仿真軟件ABAQUS聯(lián)合仿真分析了流固耦合換熱問題,依據(jù)HB5217-1982《金屬低周熱疲勞試驗方法》,對該排氣歧管進行非穩(wěn)態(tài)流固耦合換熱分析,通過計算得出了流體域外壁面的溫度場和對流換熱系數(shù)場,同時也得出了固體域的溫度場。(3)基于上一步得到的固體域溫度場,計算并分析了該排氣歧管的熱模態(tài)參數(shù),并對其模態(tài)固有頻率做了評價。計算了不同溫度載荷下的結(jié)構(gòu)約束熱模態(tài),總結(jié)出了溫度載荷對結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響規(guī)律。(4)在周期循環(huán)溫度載荷作用下,對該排氣歧管結(jié)構(gòu)的熱變形、熱應力、等效塑性應變進行了仿真分析,依據(jù)Manson-Coffin公式估算出了該排氣歧管的低周熱疲勞壽命。在以上分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,對該排氣歧管進行了改進。分析結(jié)果表明:溫度的升高對結(jié)構(gòu)模態(tài)的固有頻率有降低的效應,并且模態(tài)階次越高降低的幅度越大,此排氣歧管不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。四個支管匯合處的溫度比較高,并且此區(qū)域的溫度梯度大,產(chǎn)生的熱應力超過了材料屈服強度,計算出了低周熱疲勞壽命,表明該排氣歧管可以滿足使用要求,改進后的熱結(jié)構(gòu)性能有所提高。
[Abstract]:In recent years, the tightly coupled exhaust manifold developed in recent years can solve the problem of pollutant emission in the cold start stage of automobile. This is because the ternary catalytic converter and the exhaust manifold are combined together in the cold start stage. The catalyst can quickly reach the ignition catalytic temperature, greatly reducing the emission of pollutants. As a newly developed exhaust manifold form, there are few analyses on the thermal structure performance of the tightly coupled exhaust manifold, and because of its structure, the material used is different from the traditional exhaust manifold. It has been subjected to the effect of cycling temperature between high temperature and normal temperature for a long time, and it is also subjected to vibration excitation from the surrounding parts. The working environment is very bad, so it is necessary to analyze and study its thermal structure performance. Based on the above background, the thermal structure performance of a tightly coupled exhaust manifold developed by an enterprise is studied in this paper, the main purpose of which is to find out whether it meets the requirements of application. In this paper, the thermal structure properties of the tightly coupled exhaust manifold are calculated and analyzed in terms of temperature field, structural mode, thermal stress and low cycle thermal fatigue life by means of computer numerical simulation. The main work is as follows: (1) according to the design parameters of engine and exhaust system provided by the enterprise, the one-dimensional simulation model of engine with exhaust system is established by using GT-power software. The rationality of the model is verified based on the experimental data of the engine's external characteristics. Finally, the boundary conditions required for further calculation and analysis are obtained. The fluid-solid coupling heat transfer problem is analyzed by using the fluid simulation software STAR-CCM and the solid simulation software ABAQUS. According to HB5217-1982, metal low cycle thermal fatigue test method, the unsteady fluid-solid coupling heat transfer analysis of the exhaust manifold is carried out. The temperature field and convection heat transfer coefficient field of the outside wall of the fluid are calculated. At the same time, the temperature field of the solid region is obtained. (3) based on the temperature field obtained from the previous step, the thermal modal parameters of the exhaust manifold are calculated and analyzed, and the natural frequencies of the exhaust manifold are evaluated. The structure constrained thermal modes under different temperature loads are calculated, and the influence of temperature load on the structural modes is summarized. The thermal deformation and thermal stress of the exhaust manifold structure under the cyclic temperature load are summarized. The equivalent plastic strain is simulated and the low cycle thermal fatigue life of the exhaust manifold is estimated by Manson-Coffin formula. Based on the above analysis results, the exhaust manifold is improved. The results show that the increase of temperature has a decreasing effect on the natural frequency of the structure mode, and the higher the modal order is, the larger the amplitude is, and the resonance will not occur in the exhaust manifold. The temperature at the confluence of the four branch tubes is relatively high, and the temperature gradient in this area is large, which results in thermal stress exceeding the yield strength of the material. The low cycle thermal fatigue life is calculated, which indicates that the exhaust manifold can meet the requirements of application. The performance of the improved thermal structure has been improved.
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464.134.4

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本文編號：1850359