发动机排气管热疲劳强度影响因素研究

发布时间：2017-06-06 09:08

  本文关键词：发动机排气管热疲劳强度影响因素研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着发动机的不断朝着轻量化发展,强化程度越来越高,其传热问题也就变得越来越突出。发动机排气管是发动机的关键部件之一,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、动力性、经济性和发动机的排放。发动机排气管结构较为复杂,所处工作环境较为恶劣,发动机的工况是周期性变化带来机械负荷与温度场的周期变化,使排气管承受较大热应力与机械应力,容易产生疲劳失效问题。因此对发动机排气管的传热特性、振动特性以及结构影响因素进行研究,对提高整机的工作可靠性具有重要意义。论文在系统分析了国内外对发动机排气管传热过程的研究现状的基础上,建立了排气歧管瞬态流固耦合换热模型;应用AVL-BOOST建立发动机一维性能仿真模型,与AVL-FIRE实现1D-3D耦合,获取排气管瞬态的流动计算边界条件,对排气管的瞬态流场进行了分析计算；利用ABAQUS软件对排气管的温度场和热应力、热变形进行了仿真分析,并对比分析了不同结构因素对排气管热负荷的影响研究：最后,利用FE-SAFE软件对不同结构的排气管进行了疲劳安全系数计算和对比分析。在热分析的基础上,对排气管进行了约束模态和自由模态计算分析。研究结果表明：1)整个排气管温度都高于710-C,最高温度达805℃,位于在管身对称部位。出口法兰左侧区域热应力相对其他区域较高,最高值达233.8Mpa。排气管缸盖侧最左端的法兰面变形量最大,最大值为4.964mm。排气管出口法兰左侧区域的危险部位最小安全系数为1.625。2)随着排气歧管出口长度的增加,最高温度由805.2℃升至820.8℃；随着出口直径的增大,最高温度由805.2℃升至819.4℃；出口位置变为中间对称部位,最高温度由805.2℃降低至784.0℃出口直径、出口长度分别为21mm、5mm,出口位置非对称时,排气管最大热应力为326.21 MPa;出口直径、出口长度分别为19mm、5mm,出口位置非对称时,排气管热应力出现最小值为174.1 Mpa。3)随着排气歧管出口长度的增加,排气管最小安全系数由1.625增大至1.825又降为1.521；随着出口直径的增大,排气管最小安全系数由1.825降低至1.510又降低至为1.497；出口位置由非对称换至对称出口位置以后,安全系数由1.825变为1.630。4)模态分析结果表明：无论自由模态还是约束模态,其固有频率都远高于其共振激励,不会发生共振。
【关键词】：排气管 CFD 热负荷 安全系数
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究动态及现状13-16
• 1.2.1 国外研究动态及现状13-14
• 1.2.2 国内研究动态及现状14-16
• 1.3 论文研究的主要内容16-17
• 第二章 排气管热负荷研究的基础理论17-26
• 2.1 传热学基本理论和热分析理论基础17-22
• 2.1.1 温度场的概念18
• 2.1.2 传热的基本方式18-19
• 2.1.3 热分析的理论基础19-20
• 2.1.4 热弹性理论的基本方程20-22
• 2.2 疲劳基础理论22-25
• 2.2.1 疲劳的概念22
• 2.2.2 疲劳的分类22-23
• 2.2.3 疲劳破坏的特点23
• 2.2.4 疲劳破坏的机理23-24
• 2.2.5 影响疲劳的因素24
• 2.2.6 抗疲劳设计准则24
• 2.2.7 疲劳设计方法24-25
• 2.3 小结25-26
• 第三章 排气管温度场分析26-31
• 3.1 排气管温度场分析模型26
• 3.2 温度场分析的边界条件26-29
• 3.2.1 瞬态热分析边界26-29
• 3.3 排气管温度场分析结果29-31
• 3.3.1 温度场仿真结果29-30
• 3.3.2 温度场仿真结果分析30-31
• 3.4 小结31
• 第四章 排气管热应力及热疲劳性能分析31-40
• 4.1 排气管热应力分析方法31-34
• 4.1.1 热传导基本控制方程31-33
• 4.1.2 热应力分析基本理论33-34
• 4.2 排气管热应力分析34-37
• 4.2.1 有限元模型和材料属性34-35
• 4.2.2 计算边界条件设置35-36
• 4.2.3 排气管热应力分析36-37
• 4.3 排气管疲劳性能分析37-39
• 4.3.1 低周疲劳基础理论37-38
• 4.3.2 排气管疲劳仿真分析38-39
• 4.4 小结39-40
• 第五章 排气管热应力及热疲劳结构影响因素分析40-52
• 5.1 引言40
• 5.2 不同出口长度的影响40-44
• 5.2.1 流场结果分析与对比40-41
• 5.2.2 温度场结果分析与对比41-42
• 5.2.3 应力场结果分析与对比42-43
• 5.2.4 综合变形结果分与对比43
• 5.2.5 疲劳安全系数的计算分析与对比43-44
• 5.3 不同出口直径的影响44-48
• 5.3.1 流场结果分析与对比44-45
• 5.3.2 温度场结果分析与对比45-46
• 5.3.3 应力场结果分析与对比46-47
• 5.3.4 综合变形结果分析与对比47
• 5.3.5 疲劳安全系数的计算分析与对比47-48
• 5.4 不同出口位置的影响48-50
• 5.4.1 流场场结果分析与对比48-49
• 5.4.2 温度场结果分析与对比49
• 5.4.3 应力场结果分析与对比49-50
• 5.4.4 综合变形结果分析与对比50
• 5.4.5 疲劳安全系数的计算分析与对比50
• 5.5 小结50-52
• 第六章 排气管有限元模态分析52-58
• 6.1 模态分析概述52
• 6.1.1 模态分析的定义52
• 6.1.2 结构模态分析理论与发展52
• 6.2 排气管有限元模型52-53
• 6.2.1 排气管有限元模型的建立和网格划分52-53
• 6.3 排气排气管自由模态和约束模态分析53-56
• 6.3.1 排气管自由模态分析53-55
• 6.3.2 排气管约束模态分析55-56
• 6.3.3 模态分析的结果比较56
• 6.4 小结56-58
• 第七章 全文总结与展望58-60
• 7.1 全文总结58
• 7.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 杨晓;郭涛;;CFD_FEA耦合计算分析发动机排气歧管热负荷[J];装备制造技术;2010年10期

2 胡定云;庞铭;王建平;吴波;;基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究[J];机械设计与制造;2010年02期

3 冯茂林;李静;韩鹏勃;;防爆柴油机排气歧管冷却系统固流耦合热分析[J];煤矿机械;2007年02期

4 孙立旺;朱清山;侯献军;刘志恩;颜伏伍;;基于直接流固耦合的发动机排气歧管热应力分析[J];河南农业大学学报;2012年01期

5 董非;蔡忆昔;范秦寅;姜树李;郭晨海;;内燃机排气歧管瞬态热流体-热应力耦合仿真的研究[J];汽车工程;2010年10期

6 丰程岚;闫伟;傅松;;汽车排气管流固耦合应力计算[J];内燃机与动力装置;2014年05期

7 李宝童;洪军;孙静;徐海波;邱志惠;潘世翼;;发动机冷却液流动与传热的数值模拟[J];西安交通大学学报;2009年03期

8 袁小娟;黄海武;张晓;王建;;6缸排气歧管断裂与结构分析[J];铸造技术;2011年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张泓;4G1发动机支架疲劳性能分析研究[D];东北林业大学;2006年

2 孔凡良;发动机零部件热负荷仿真分析[D];北京交通大学;2008年

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本文编号：425902