本文關鍵詞：汽車發(fā)動機排氣歧管的熱疲勞性能研究

  更多相關文章： 排氣歧管 熱疲勞 流固熱耦合 等效入口邊界條件 靈敏度分析

【摘要】：隨著排放法規(guī)的日益嚴格與發(fā)動機性能的不斷提高,發(fā)動機排氣溫度也同步升高。排氣歧管是發(fā)動機排放廢氣首先流經的部件,工作時處于高溫狀態(tài)。排氣歧管受熱會發(fā)生膨脹,在內部及外部的約束下會產生熱應力。不斷的在受熱膨脹與冷卻收縮之間循環(huán),排氣歧管容易產生塑性變形而最終產生裂紋、破壞。必須加大對排氣歧管熱負荷及熱疲勞性能的重視�；诖�,對發(fā)動機4A15S配套用排氣歧管進行了熱疲勞性能研究。本課題主要研究內容及結論如下：(1)對排氣歧管內流道進行入口速度不變的穩(wěn)態(tài)流場分析。排氣歧管的功用是把發(fā)動機排出的廢氣導入三元催化載體,最后經排氣管排出機體。其流通性與流速均勻性是其最基本性能,需對其進行流場分析以知悉該兩種性能。首先對流場進行網格獨立性分析,根據驗證結果確定了流場分析所要采用的網格尺寸。采用經由網格獨立性分析得到的網格尺寸,對排氣歧管內流道進行了入口速度不變的穩(wěn)態(tài)流場分析,結果表明該排氣歧管流通性及流速均勻性良好。(2)提出可用于計算結構等效塑性應變的排氣歧管入口邊界條件等效方案。如若完全按照實際的排氣歧管出入口邊界條件對其采用流固熱耦合方法計算其工作時的穩(wěn)定熱負荷,計算量過大,現有計算機難以滿足計算要求。根據質量與能量守恒法則,對一維仿真結果提出了等效方案。建立簡化模型,驗證了等效模型可用于計算結構的等效塑性應變。(3)建立發(fā)動機一維性能仿真模型。為獲取排氣歧管熱負荷分析的邊界條件,建立了發(fā)動機4A15S一維性能仿真模型,并進行了試驗驗證。驗證結果表明該仿真模型計算結果與實驗相符,可用于后續(xù)研究。(4)排氣歧管熱負荷分析。利用等效的入口邊界,采用體映射方法,對排氣歧管建立流固熱耦合模型,計算得到一個循環(huán)工況內排氣歧管的熱負荷,找到排氣歧管最危險位置。(5)排氣歧管熱疲勞壽命分析。利用計算得到的排氣歧管在一個循環(huán)內的等效塑性應變增量(△PEEQ),采用Manson-Coffin公式計算了排氣歧管熱疲勞壽命。分析了Manson-Coffin公式中的材料常數C和α值對采用Manson-Coffin公式計算得到的熱疲勞壽命的影響。結果表明應用Manson-Coffin公式計算排氣歧管熱疲勞時,α值的選取極為關鍵,對最終計算到的結構熱疲勞壽命有極大影響。以歧管壁厚、線膨脹系數、屈服強度及彈性模量為設計變量,對排氣歧管熱疲勞壽命相關參數進行靈敏度分析。分析結果表明,4個參數中,排氣歧管熱疲勞壽命對排氣歧管壁厚最敏感；材料參數中,排氣歧管熱疲勞壽命對線膨脹系數最敏感；歧管壁厚、屈服強度這兩個參數與排氣歧管熱疲勞壽命成正相關。本課題的創(chuàng)新點如下：(1)提出了可用于計算結構等效塑性應變的排氣歧管入口邊界條件等效方案,并建立簡化模型驗證了該等效方案。該等效方法較常用的時域平均方法而言,計算簡單方便,可行性更高,在流固熱耦合計算時,能實現流固間位移與壓力等物理量的動態(tài)傳遞。(2)對排氣歧管熱疲勞壽命相關參數進行靈敏度分析,找到了對排氣歧管熱疲勞壽命最敏感的參數。(3)采用體映射方法建立了排氣歧管流固熱耦合分析模型,計算并分析了排氣歧管在一個工作循環(huán)內的熱負荷。
【關鍵詞】：排氣歧管 熱疲勞 流固熱耦合 等效入口邊界條件 靈敏度分析
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464.134.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• abstract8-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13
• 1.2 國內外研究現狀13-19
• 1.2.1 排氣歧管內流道流場研究分析14-15
• 1.2.2 排氣歧管熱負荷研究分析15-18
• 1.2.3 排氣歧管振動特性分析18
• 1.2.4 排氣歧管疲勞研究分析18-19
• 1.3 主要研究內容19-21
• 第2章 排氣歧管穩(wěn)態(tài)內流場分析21-26
• 2.1 引言21
• 2.2 排氣歧管穩(wěn)態(tài)內流場模型建立21-23
• 2.2.1 排氣歧管幾何模型21-22
• 2.2.2 網格劃分22
• 2.2.3 求解設置22-23
• 2.3 排氣歧管穩(wěn)態(tài)內流場分析23-25
• 2.3.1 網格獨立性分析23
• 2.3.2 CFD模型設置23-24
• 2.3.3 計算結果分析24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 第3章 入口邊界條件等效方案26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 流固熱耦合物理量傳遞方式26-28
• 3.2.1 直接轉換法26-27
• 3.2.2 體映射法27-28
• 3.2.3 面映射法28
• 3.3 等效方案理論28-31
• 3.3.1 時域平均方法28-29
• 3.3.2 等效方案理論29-31
• 3.4 等效方案的驗證31-37
• 3.4.1 簡化結構流固熱耦合模型的建立31-34
• 3.4.2 計算結果分析34-37
• 3.5 本章小結37-38
• 第4章 排氣歧管熱負荷分析38-55
• 4.1 引言38
• 4.2 發(fā)動機性能模擬計算與驗證38-43
• 4.2.1 一維模型搭建38-40
• 4.2.2 一維模型驗證40-42
• 4.2.3 模擬結果及分析42-43
• 4.3 排氣歧管流固熱耦合模型建立及計算43-46
• 4.3.1 等效入口邊界條件43-46
• 4.3.2 求解設置46
• 4.4 排氣歧管溫度場試驗驗證46-48
• 4.5 排氣歧管熱負荷計算結果分析48-54
• 4.5.1 排氣歧管溫度場分析48-50
• 4.5.2 排氣歧管熱應力分析50-52
• 4.5.3 排氣歧管等效塑性應變分析52-54
• 4.6 本章小結54-55
• 第5章 排氣歧管熱疲勞性能分析55-61
• 5.1 引言55
• 5.2 排氣歧管熱疲勞壽命估算55-56
• 5.3 結構熱疲勞壽命計算中材料常數影響的討論56-57
• 5.4 排氣歧管熱疲勞壽命相關參數靈敏度分析57-60
• 5.4.1 正交試驗設計57-59
• 5.4.2 靈敏度分析59-60
• 5.5 本章小結60-61
• 第6章 總結與展望61-63
• 6.1 研究總結61
• 6.2 課題創(chuàng)新點61-62
• 6.3 工作展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研參與情況68

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 江洪;陳德兵;趙金斗;;發(fā)動機排氣歧管罩降噪分析與結構改進[J];重慶工學院學報(自然科學版);2007年02期

2 王立新;劉斐;潘雪偉;;發(fā)動機排氣歧管斷裂分析及其設計改進[J];上海汽車;2007年12期

3 馬帥營;陳傳舉;王雅麗;;發(fā)動機排氣歧管穩(wěn)流試驗研究[J];內燃機與動力裝置;2008年05期

4 張然治;;縮小排量概念的集成排氣歧管氣缸蓋[J];車用發(fā)動機;2009年02期

5 劉文元;李國紅;唐克遠;余曉強;黃德;;發(fā)動機排氣歧管斷裂原因分析及改進[J];裝備制造技術;2010年12期

6 李龍超;許濤;;某柴油機排氣歧管的熱固耦合分析[J];汽車工程師;2011年03期

7 鄭美茹;;汽車排氣歧管溫度場的有限元分析[J];機電工程技術;2011年09期

8 楊懷剛;劉暢;張衛(wèi)正;胡鐵剛;詹樟松;;排氣歧管流固耦合仿真與試驗[J];計算機輔助工程;2012年02期

9 孫立旺;朱清山;侯獻軍;劉志恩;顏伏伍;;基于直接流固耦合的發(fā)動機排氣歧管熱應力分析[J];河南農業(yè)大學學報;2012年01期

10 曹元福;楊振宇;柯妍;趙飛;張衛(wèi)正;楊懷剛;;排氣歧管熱負荷仿真與試驗研究[J];汽車工程;2012年05期

中國重要會議論文全文數據庫 前6條

1 邢桂麗;馬兵;呂見;;某發(fā)動機排氣歧管熱應力分析與結構優(yōu)化[A];2013中國汽車工程學會年會論文集[C];2013年

2 吳貴根;彭冬華;魯萍;;發(fā)動機排氣歧管管壁開裂失效分析[A];2011年全國失效分析學術會議論文集[C];2011年

3 王雷鵬;;基于模態(tài)分析的排氣歧管支架優(yōu)化[A];創(chuàng)新裝備技術 給力地方經濟——第三屆全國地方機械工程學會學術年會暨海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2013年

4 崔寧;范習民;;模態(tài)優(yōu)化在排氣歧管子系統(tǒng)降噪中的應用[A];2013中國汽車工程學會年會論文集[C];2013年

5 鄧幫林;王寶林;李軍成;馮仁華;許勝利;;某汽油機排氣歧管熱應力分析[A];第五屆中國CAE工程分析技術年會論文集[C];2009年

6 朱天答;;某型皮卡排氣管斷裂及改進CAE分析[A];經濟策論（下）[C];2011年

中國重要報紙全文數據庫 前5條

1 證券時報記者 李彥　馬晨雨;西泵股份上市高昂汽車水泵業(yè)龍頭[N];證券時報;2011年

2 本報記者 李建偉;西峽水泵：1件專利帶來6000萬訂單[N];中國知識產權報;2012年

3 王兵;6BT排氣歧管[N];中國汽車報;2000年

4 證券時報記者 李彥　見習記者 馬晨;西泵股份領軍國內汽車水泵排氣歧管制造[N];證券時報;2010年

5 王斌 摘譯;JFE鋼公司生產的鐵素體不銹鋼及在汽車上的應用[N];世界金屬導報;2004年

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 朱晴;基于流固耦合的排氣歧管熱強度復合因素影響規(guī)律的研究[D];吉林大學;2014年

2 楊云龍;汽車排氣歧管用耐熱鑄鐵研究[D];吉林大學;2013年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 楊明慧;基于有限元分析的發(fā)動機排氣歧管優(yōu)化設計[D];長安大學;2009年

2 楊勇;基于呼吸系統(tǒng)的排氣歧管設計及有限元分析[D];西安理工大學;2010年

3 趙陽;基于仿生的汽車排氣歧管溫度場及振動特性分析[D];西安理工大學;2009年

4 陳禮;轎車發(fā)動機排氣歧管總成優(yōu)化與研究[D];廣東工業(yè)大學;2012年

5 陳東興;車用發(fā)動機排氣歧管總成的疲勞可靠性優(yōu)化研究[D];廣東工業(yè)大學;2013年

6 王超;某高鎳鑄鐵排氣歧管低周熱疲勞性能研究[D];武漢理工大學;2013年

7 劉曉宇;汽車排氣歧管設計理論研究[D];武漢理工大學;2013年

8 劉勇;某發(fā)動機排氣歧管的熱疲勞分析與優(yōu)化[D];重慶理工大學;2015年

9 韓國輝;基于ANSYS的汽車排氣歧管密封性能研究[D];遼寧工業(yè)大學;2016年

10 馬學軍;柴油機排氣歧管的振動疲勞分析[D];中北大學;2016年

，

本文編號：963188