温度影响下汽车排气系统振动疲劳研究

发布时间：2017-08-03 21:16

  本文关键词：温度影响下汽车排气系统振动疲劳研究

  更多相关文章： 排气系统 振动疲劳 温度载荷 波纹管

【摘要】：排气系统是影响车辆NVH性能的重要结构,主要由薄壁管和薄壁挡板组成,与发动机通过排气歧管连接,直接承受着发动机振动和高温废气的影响。在发动机交变应力作用下,排气系统容易发生裂纹萌生和扩展,最终导致疲劳破坏。尤其在高温作用下,零件材料物理性能的显著变化会影响其疲劳寿命。但目前高温作用下材料物理性能的变化对振动疲劳寿命的影响研究较少,因此有必要对其进行研究,以提高排气系统的可靠性。本文以汽车排气系统为研究对象,对温度作用下的振动疲劳进行了研究。首先在ABAQUS软件中对已有的排气系统三维数模进行了离散化和简化处理,通过仿真模态与试验模态对比,验证所建立模型的合理性。其次,为获取实际工作状态下排气系统的壁面温度,利用STAR CCM+软件对其进行了流场分析,并讨论了流体在排气系统内的流动状态。最后,在充分考虑温度作用下材料的非线性特性,通过热固耦合的方式,分别得到排气系统在发动机常用工况下,常温和工作温度时的应力分布,并根据名义应力法通过FATIGUE疲劳软件对其进行了振动疲劳寿命计算。为了进一步研究温度对疲劳的影响作用,以及考虑波纹管在排气系统中的重要性,还对波纹管部分进行了单独分析,在不同温度作用下,从是否考虑材料屈服强度随温度的变化两方面进行了讨论。结果分析表明:相对于热应力,发动机振动所引起的排气系统应力较小,但其交变特性对疲劳寿命有着明显影响,设计时应避免最大振动应力与最大热应力位置相近。对波纹管而言,随着温度的升高,无论是否考虑材料的屈服强度变化,其疲劳寿命都呈现先升高后降低的趋势,在某一温度下存在寿命最大。在设计中波纹管材料的选择应考虑温度因素,尽可能使其最大寿命温度范围与工作温度对应,减少温度对寿命的不利影响。因此,温度对排气系统总成疲劳的影响不容忽视。在设计中,应对温度的影响给予足够的重视。
【关键词】：排气系统 振动疲劳 温度载荷 波纹管
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究的背景及意义10-11
• 1.2 排气系统及疲劳的研究现状11-13
• 1.2.1 排气系统的研究现状11-13
• 1.2.2 疲劳研究现状13
• 1.3 研究目的和主要内容13-16
• 1.3.1 研究目的13-14
• 1.3.2 主要内容14-16
• 2 排气系统疲劳分析流程及理论依据16-22
• 2.1 基础数据获取流程16-17
• 2.2 排气系统疲劳分析方法17-20
• 2.2.1 结构寿命评估的应力分析17-18
• 2.2.2 疲劳累积损伤理论18-19
• 2.2.3 疲劳分析方法19-20
• 2.3 排气系统疲劳分析的总体流程20
• 2.4 本章小结20-22
• 3 排气系统模态分析22-32
• 3.1 模态分析理论基础22-23
• 3.2 排气系统模型的建立23-26
• 3.2.1 排气系统几何模型23
• 3.2.2 排气系统构件的简化23-25
• 3.2.3 排气系统有限元模型建立25-26
• 3.3 排气系统模态分析26-29
• 3.3.1 计算模态分析27
• 3.3.2 试验模态分析27-29
• 3.4 模型准确性验证29-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 排气系统的内流场分析32-42
• 4.1 流体力学的基本理论32-33
• 4.2 内流场分析模型建立33-36
• 4.2.1 流场模型简化33
• 4.2.2 模型网格的划分33-35
• 4.2.3 流场边界条件的设置35-36
• 4.3 内流场计算结果分析36-40
• 4.3.1 排气背压分析36-37
• 4.3.2 温度场分析37-38
• 4.3.3 速度场分析38-40
• 4.4 本章小结40-42
• 5 排气系统疲劳性能分析42-52
• 5.1 动力总成部分参数化设置42-43
• 5.2 排气系统振动疲劳分析43-45
• 5.2.1 排气系统应力分析43-44
• 5.2.2 排气系统疲劳分析44-45
• 5.3 温度影响下的振动疲劳特性45-51
• 5.3.1 热传导及热应力理论45-46
• 5.3.2 结构模型的温度场分布46-47
• 5.3.3 温度场引起的热应力分析47-48
• 5.3.4 温度影响下振动应力分析48-49
• 5.3.5 温度影响下的疲劳分析49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 6 波纹管温度影响下的疲劳分析52-62
• 6.1 波纹管轴对称模型建立52-53
• 6.2 波纹管疲劳特性分析53-58
• 6.2.1 常温下振动疲劳分析53-55
• 6.2.2 温度载荷下的疲劳分析55-58
• 6.3 温度对波纹管疲劳的影响58-60
• 6.3.1 不考虑屈服强度随温度变化58-59
• 6.3.2 考虑屈服强度随温度变化59-60
• 6.3.3 随温度变化的疲劳状况60
• 6.4 本章小结60-62
• 7 总结与展望62-64
• 7.1 全文总结62-63
• 7.2 研究展望63-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的成果70

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