某车型三元催化器的热疲劳分析及结构优化
发布时间：2021-10-31 19:27
我国目前是世界第一大汽车产销大国,随着国家排放标准的不断提高,为了使汽车催化剂快速达到工作温度,三元催化器的位置越来越靠近排气热端。三元催化器由此受到的热负荷也更加严重,热疲劳问题越来越突出。某车型三元催化器总成处于设计验证阶段,在搭载发动机的热冲击试验中,发现三元催化器总成进气管处有漏气、开裂现象,导致三元催化器总成的热冲击试验不通过,达不到设计要求。本文针对上述问题,基于ANSYS Workbench软件,建立了三元催化器热流固耦合分析模型。通过仿真分析,找到了三元催化器开裂的原因。优化了三元催化器结构,提高了三元催化器热疲劳强度。最终使该三元催化器通过了热冲击试验,满足使用要求。本文的主要工作包括:1、对三元催化器失效件进行分析,通过对开裂区域的材料分析和焊缝检测,判断开裂是由热疲劳导致。因此提出了三元催化器热疲劳分析方案,设计了三元催化器热流固耦合分析技术路线图。2、在ANSYS Workbench软件平台中建立了三元催化器热流固耦合仿真模型。对三元催化器内流场进行分析和仿真计算,得到了三元催化器总成内流场的温度和压力分布。将流体计算得到的热负荷作为三元催化器内壁面的边界条件,...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三元催化器结构模型
上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 三元催化器热疲劳分析方案热疲劳过程比普通的振动疲劳过程复杂，要同时考虑温度和约束的作用。热疲劳寿命一般也比振动疲劳寿命低。因此，对三元催化器进行热疲劳分析在新项目开发过程中是至关重要的。2.3 某车型三元催化器的失效分析某车型三元催化器总成处于设计验证阶段，在发动机台架的热冲击试验 709 次循环后，发现三元催化器总成进气端法兰与进气管口连接处有漏气、开裂现象。导致三元催化器总成的热冲击试验不通过，使用寿命达不到要求。开裂位置温度较高，是整个三元催化器总成容易产生热应力集中的位置[37]，所以拆解故障件，做进一步分析。
元催化器进行结构优化。2.4 三元催化器热疲劳分析方案三元催化器在工作状态下，主要经受着周期性的热冲击。发动机排放的高温废气会影响三元催化器的内腔流场，温度变化影响了流体的流动和流体的性质，内腔流场的流动又会改变温度分布。同时内腔温度和废气压力传递到三元催化器壳体上，三元催化器壳体受到温度和压力的载荷从而发生形变。因此，需要对三元催化器进行热解耦合分析，一般先计算流场和流体温度场，再计算固体温度场和固体热应力。为保证试验的顺利通过，先要对三元催化器进行结构数值模拟，预估其疲劳强度。再对三元催化器进行发动机热冲击试验，考核其热疲劳强度。由于本文主要研究对象是三元催化器的固体结构部分，并且关注三元催化器在工作稳态下的疲劳强度。所以，先计算三元催化器的内流场，通过热流固耦合分析方法，得到三元催化器总成的温度场，最后将外界载荷都加载到固体模型上进行热应力和热疲劳的计算。设计的热流固耦合分析技术路线如图 3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年中国汽车市场高位增长原因分析及2017年市场预测[J]. 秦超. 汽车零部件. 2017(03)
[2]汽车排气管流固耦合应力计算[J]. 丰程岚,闫伟,傅松. 内燃机与动力装置. 2014(05)
[3]汽油机三元催化器内流场与热应力分析[J]. 刘智鑫. 汽车工程学报. 2014(05)
[4]发动机三元催化器数值分析[J]. 张增光,高波. 汽车工程师. 2012(08)
[5]排气系统的数值模拟及优化设计[J]. 谷芳,刘伯潭,潘书杰. 汽车工程. 2007(11)
[6]某汽油机气缸盖热负荷分析[J]. 郭立新,杨海涛,夏兴兰. 现代车用动力. 2006(04)
[7]基于有限元法的活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究[J]. 李婷,俞小莉,李迎,李京鲁,李红珍. 内燃机工程. 2006(05)
[8]疲劳寿命预测方法的研究现状与发展[J]. 袁熙,李舜酩. 航空制造技术. 2005(12)
[9]六缸柴油机冷却系统流动与传热的数值模拟研究[J]. 白敏丽,吕继组,丁铁新. 内燃机学报. 2004(06)
[10]车用催化转化器内部流动的数值模拟[J]. 陈晓玲,张武高,黄震. 上海交通大学学报. 2004(06)
博士论文
[1]内燃机流固耦合传热问题数值仿真与应用研究[D]. 李迎.浙江大学 2006
硕士论文
[1]汽车发动机排气歧管的热疲劳性能研究[D]. 蒋宇.西南交通大学 2016
[2]热机载荷下气缸盖蠕变—疲劳损伤研究[D]. 蒋玉宝.北京理工大学 2016
[3]基于热—流—固耦合的气缸盖疲劳寿命预测方法研究[D]. 党娟.中北大学 2015
[4]某汽油机排气歧管的热负荷研究[D]. 徐世龙.南京理工大学 2013
[5]歧管式催化转化器的结构设计及优化[D]. 孙立旺.武汉理工大学 2012
[6]金属材料应变寿命曲线估算的新方法[D]. 徐鹏.南京航空航天大学 2012
[7]基于多场耦合的增压器涡轮温度场的研究[D]. 贾延林.中北大学 2011
[8]发动机歧管式催化转化器热流耦合分析[D]. 白洁.武汉理工大学 2011
[9]堇青石质蜂窝陶瓷载体的研究[D]. 周燕.武汉理工大学 2002
本文编号：3468718
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三元催化器结构模型
上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 三元催化器热疲劳分析方案热疲劳过程比普通的振动疲劳过程复杂，要同时考虑温度和约束的作用。热疲劳寿命一般也比振动疲劳寿命低。因此，对三元催化器进行热疲劳分析在新项目开发过程中是至关重要的。2.3 某车型三元催化器的失效分析某车型三元催化器总成处于设计验证阶段，在发动机台架的热冲击试验 709 次循环后，发现三元催化器总成进气端法兰与进气管口连接处有漏气、开裂现象。导致三元催化器总成的热冲击试验不通过，使用寿命达不到要求。开裂位置温度较高，是整个三元催化器总成容易产生热应力集中的位置[37]，所以拆解故障件，做进一步分析。
元催化器进行结构优化。2.4 三元催化器热疲劳分析方案三元催化器在工作状态下，主要经受着周期性的热冲击。发动机排放的高温废气会影响三元催化器的内腔流场，温度变化影响了流体的流动和流体的性质，内腔流场的流动又会改变温度分布。同时内腔温度和废气压力传递到三元催化器壳体上，三元催化器壳体受到温度和压力的载荷从而发生形变。因此，需要对三元催化器进行热解耦合分析，一般先计算流场和流体温度场，再计算固体温度场和固体热应力。为保证试验的顺利通过，先要对三元催化器进行结构数值模拟，预估其疲劳强度。再对三元催化器进行发动机热冲击试验，考核其热疲劳强度。由于本文主要研究对象是三元催化器的固体结构部分，并且关注三元催化器在工作稳态下的疲劳强度。所以，先计算三元催化器的内流场，通过热流固耦合分析方法，得到三元催化器总成的温度场，最后将外界载荷都加载到固体模型上进行热应力和热疲劳的计算。设计的热流固耦合分析技术路线如图 3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年中国汽车市场高位增长原因分析及2017年市场预测[J]. 秦超. 汽车零部件. 2017(03)
[2]汽车排气管流固耦合应力计算[J]. 丰程岚,闫伟,傅松. 内燃机与动力装置. 2014(05)
[3]汽油机三元催化器内流场与热应力分析[J]. 刘智鑫. 汽车工程学报. 2014(05)
[4]发动机三元催化器数值分析[J]. 张增光,高波. 汽车工程师. 2012(08)
[5]排气系统的数值模拟及优化设计[J]. 谷芳,刘伯潭,潘书杰. 汽车工程. 2007(11)
[6]某汽油机气缸盖热负荷分析[J]. 郭立新,杨海涛,夏兴兰. 现代车用动力. 2006(04)
[7]基于有限元法的活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究[J]. 李婷,俞小莉,李迎,李京鲁,李红珍. 内燃机工程. 2006(05)
[8]疲劳寿命预测方法的研究现状与发展[J]. 袁熙,李舜酩. 航空制造技术. 2005(12)
[9]六缸柴油机冷却系统流动与传热的数值模拟研究[J]. 白敏丽,吕继组,丁铁新. 内燃机学报. 2004(06)
[10]车用催化转化器内部流动的数值模拟[J]. 陈晓玲,张武高,黄震. 上海交通大学学报. 2004(06)
博士论文
[1]内燃机流固耦合传热问题数值仿真与应用研究[D]. 李迎.浙江大学 2006
硕士论文
[1]汽车发动机排气歧管的热疲劳性能研究[D]. 蒋宇.西南交通大学 2016
[2]热机载荷下气缸盖蠕变—疲劳损伤研究[D]. 蒋玉宝.北京理工大学 2016
[3]基于热—流—固耦合的气缸盖疲劳寿命预测方法研究[D]. 党娟.中北大学 2015
[4]某汽油机排气歧管的热负荷研究[D]. 徐世龙.南京理工大学 2013
[5]歧管式催化转化器的结构设计及优化[D]. 孙立旺.武汉理工大学 2012
[6]金属材料应变寿命曲线估算的新方法[D]. 徐鹏.南京航空航天大学 2012
[7]基于多场耦合的增压器涡轮温度场的研究[D]. 贾延林.中北大学 2011
[8]发动机歧管式催化转化器热流耦合分析[D]. 白洁.武汉理工大学 2011
[9]堇青石质蜂窝陶瓷载体的研究[D]. 周燕.武汉理工大学 2002
本文编号：3468718
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3468718.html
