发动机排气歧管的疲劳性能研究

发布时间：2017-05-16 09:25

  本文关键词：发动机排气歧管的疲劳性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 发动机排气歧管是发动机排气系统的关键部件之一,它的工作情况直接关系到发动机的工作可靠性和使用耐久性,同时又直接影响到发动机的排放性能。排气歧管的结构和所处的工作环境都十分复杂,在工作状态下排出的高温废气使得排气歧管温度很高,且温度分布很不均匀,导致排气歧管产生热应力和热变形。热负荷的周期作用将导致排气歧管产生裂纹,但也不能排除排气歧管裂纹的产生是由于共振引起的。 本文首先利用三维制图软件(Pro/E)建立了排气歧管的整体模型,在ANSYS软件中转换成有限元模型：然后对其进行了模态分析；接着探讨了排气歧管热边界条件的确定方法,并进行了本文所特有的热载荷边界条件施加,用有限元法模拟了排气歧管瞬态和稳态温度场；在此基础上分别计算了这两种温度载荷作用下的热变形、热应力以及应变；最后基于热应力分析的结果,用ManSon-Coffon公式对排气歧管进行了疲劳寿命的估算。 通过本文的研究,排气歧管在外激振频率的作用下不会发生共振,同时也证明排气歧管的安装方式和发动机排出的废气温度严重影响了排气歧管的热变形、热应力及应变,从而严重影响了排气歧管的疲劳寿命。
【关键词】：排气歧管 有限元分析 模态分析 热应力 热疲劳
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 前言7-11
• 1.1 发动机排气歧管概述7-8
• 1.2 本文研究意义与内容8-11
• 1.2.1 研究意义8-9
• 1.2.2 本文研究的主要内容9-11
• 2 疲劳理论及有限元疲劳分析的方法11-18
• 2.1 疲劳破坏的基础理论11-14
• 2.1.1 疲劳破坏的特点11
• 2.1.2 疲劳的分类11-12
• 2.1.3 影响疲劳的因素12
• 2.1.4 抗疲劳设计准则12-13
• 2.1.5 常用的抗疲劳设计方法13-14
• 2.2 疲劳分析过程14-17
• 2.2.1 基于有限元的疲劳分析过程15
• 2.2.2 基于有限元和疲劳分析软件的零件疲劳分析过程15-16
• 2.2.3 有限元方法及ANSYS发展简史16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 3 排气歧管有限元模态分析18-32
• 3.1 模态分析概述18-20
• 3.1.1 模态分析定义18
• 3.1.2 模态分析的应用与发展18-19
• 3.1.3 结构模态分析理论19-20
• 3.2 排气歧管的有限元模型20-22
• 3.2.1 排气歧管有限元模型的建立20-21
• 3.2.2 排气歧管有限元模型的网格划分21-22
• 3.3 排气歧管自由模态分析22-26
• 3.3.1 排气歧管自由模态固有频率22-23
• 3.3.2 排气歧管自由模态结果分析23-26
• 3.4 排气歧管约束模态分析26-30
• 3.4.1 排气口安装座约束的模态分析26-29
• 3.4.2 安装座均约束的模态分析29-30
• 3.5 模态分析结果比较30-31
• 3.6 本章小结31-32
• 4 排气歧管热温度场分析32-47
• 4.1 ANSYS热分析基本原理32-38
• 4.1.1 传热学基本理论33-34
• 4.1.2 热传递的基本形式34-35
• 4.1.3 热力学第一定律35-36
• 4.1.4 热分析有限元法36-38
• 4.2 排气歧管的温度场分析38-46
• 4.2.1 排气歧管热场数值分析模型39-40
• 4.2.2 初始条件与边界条件的确定40-42
• 4.2.3 排气歧管瞬态热分析42-44
• 4.2.4 排气歧管稳态热分析44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 排气歧管的应力分析及热疲劳性能分析47-66
• 5.1 排气歧管静应力分析47-48
• 5.2 排气歧管热应力分析48-62
• 5.2.1 热应力计算理论49-50
• 5.2.2 有限元热应力分析50-51
• 5.2.3 排气歧管有限元热应力分析51-61
• 5.2.4 热应力分析结果比较61-62
• 5.3 排气歧管热疲劳性能分析62-65
• 5.3.1 低周热疲劳理论63-64
• 5.3.2 排气歧管热疲劳寿命估算64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-67
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录1 在校期间发表的论文71-72
• 附录2 稳态温度场分析72-75
• 附录3 稳态温度场热应力分析结果75

【参考文献】

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本文编号：370478