排氣歧管是發(fā)動機排氣系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié),其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響著發(fā)動機的性能。在設(shè)計過程中,排氣歧管內(nèi)腔表面光滑及各個支管之間相互獨立,并盡可能地利用氣體的波動效應(yīng)和慣性效應(yīng),不出現(xiàn)排氣倒流現(xiàn)象;排氣歧管實體結(jié)構(gòu)要能夠承受高溫廢氣的熱沖擊和發(fā)動機工作時產(chǎn)生的機械振動。因此,為了提高發(fā)動機的性能,本文以某款汽油機開發(fā)項目為鍥機,對排氣歧管的流體性能和結(jié)構(gòu)性能進行研究具有重要的指導(dǎo)意義。首先本文結(jié)合發(fā)動機的基本參數(shù)和總布置要求,遵循排氣歧管設(shè)計原則,運用CATIA軟件建立兩種方案的排氣歧管內(nèi)腔模型和排氣歧管實體模型;再根據(jù)有限元法理論,運用ABAQUS軟件對之前建立的幾何模型進行網(wǎng)格劃分和材料定義,得到兩種方案相應(yīng)的有限元模型。接著本文結(jié)合有限元體積法,通過STAR-CCM+軟件對兩種方案的排氣歧管有限元內(nèi)腔模型進行穩(wěn)態(tài)流動性能分析。從壓力損失、壓損均勻性和流場流線三個方面對穩(wěn)態(tài)流動分析結(jié)果進行對比,仿真結(jié)果表明第二方案排氣歧管的流動性能要優(yōu)于第一方案,有效地避免各個支管的排氣相互干擾,降低各個支管的壓力損失,改善其壓損均勻性,有利于提高發(fā)動機的性能。然后本文結(jié)合結(jié)構(gòu)有限元法,通過ABAQUS軟件對兩種方案的排氣歧管有限元實體模型進行結(jié)構(gòu)性能分析。先從固有頻率和與之相對應(yīng)的振型二個方面對自由模態(tài)分析和約束模態(tài)分析結(jié)果進行對比,再從最大響應(yīng)振幅方面對振動響應(yīng)分析結(jié)果進行對比,仿真結(jié)果表明第二方案排氣歧管的結(jié)構(gòu)性能要優(yōu)于第一方案,有效地提高結(jié)構(gòu)強度,有利于提高發(fā)動機的可靠性。最后本文對搭載兩種方案排氣歧管的發(fā)動機進行性能試驗測試。從發(fā)動機外特性、萬有特性和可靠性三方面對試驗結(jié)果進行對比,試驗結(jié)果表明第二方案排氣歧管外特性和萬有特性都要優(yōu)于第一方案,第二方案排氣歧管通過了發(fā)動機可靠性的考核,同時也滿足渦輪增壓器總成的使用要求。通過試驗結(jié)果和仿真結(jié)果對比,確定第二方案為該汽油機開發(fā)項目排氣歧管的最優(yōu)方案,達到提高該汽油機性能的目標(biāo),已獲得項目組認(rèn)可,實現(xiàn)汽油機量產(chǎn)化,并驗證軟件仿真分析的準(zhǔn)確性,為今后建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫做好鋪墊。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.171
【部分圖文】：

[2]。發(fā)動機排氣系統(tǒng)（如圖1.1所示）是發(fā)動機的一個重要組成部分，主要功能是將發(fā)動機燃燒所排出的氣體匯聚到排氣歧管，再經(jīng)過三元催化器的催化氧化，最后廢氣通過消聲器的消聲處理，由排氣尾管排入大氣中[3]。因此，排氣系統(tǒng)的工作效率直接影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放特性和可靠性。如圖1.1 發(fā)動機排氣系統(tǒng)排氣歧管是排氣系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響著排氣系統(tǒng)

應(yīng)盡量使溫度場均勻。（7）．結(jié)構(gòu)性能原則上，鑄造排氣歧管的第一階固有頻率要大于發(fā)動機所能提供的激勵頻率的 1.25 倍；（8）．可靠性試驗排氣歧管一般需進行冷熱沖擊試驗、耐久性試驗、路試搭載試驗，試驗后保證排氣歧管功能正常，未出現(xiàn)局部裂紋，斷裂、過大變形等缺陷。2.2.2 排氣歧管的建模思路就四缸汽油機而言，排氣歧管的結(jié)構(gòu)形式通常有 4-2-1 和 4-1 兩種結(jié)構(gòu)，如圖 2.1 所示。這兩種結(jié)構(gòu)各有各的優(yōu)勢和缺點，其中 4-2-1 式排氣歧管主要應(yīng)用于要求低速扭矩比較高的情況，比較適合應(yīng)用到乘用車上；而 4-1 式排氣歧管應(yīng)用于要求動力性指標(biāo)比較高的情況，主要考慮減少排氣干涉。

a)提取內(nèi)腔幾何模型表面，參照排氣歧管的壁厚，將提取表面偏置生成排氣歧管初始幾何模型；b)對初始模型依次創(chuàng)建安裝法蘭凸臺、增壓器安裝法蘭凸臺及排氣歧管隔熱罩安裝凸臺，在相對薄弱的區(qū)域，建立加強筋；c)對模型進行布爾運算，通過實體化生成排氣歧管的實體幾何模型；d)在實體幾何模型基礎(chǔ)上細(xì)化結(jié)構(gòu)特征，在相應(yīng)位置建立圓角，在各法蘭的相應(yīng)位置建立安裝平面和孔；e)詳細(xì)管理相應(yīng)輔助線、輔助面，建立排氣歧管發(fā)布集，方便他人引用。本論文所研究的排氣歧管應(yīng)用于乘用車上，適用于低速扭矩比較高的情況，因此本文選擇 4-2-1 結(jié)構(gòu)，運用上述建模步驟，分別建立兩種方案的排氣歧管內(nèi)腔幾何模型和排氣歧管實體幾何模型，如圖 2.2~2.5 所示。排氣歧管內(nèi)腔模型用于排氣歧管的流動性能分析，而排氣歧管實體模型用于排氣歧管的結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能分析。
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本文編號：2881831