柴油机排气歧管失效分析及优化

发布时间：2017-09-19 00:42

  本文关键词：柴油机排气歧管失效分析及优化

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【摘要】：排气歧管是柴油机排气系统结构中的重要组成部分,是汽车废气排放的首要通道。排气歧管工况条件极为严酷,一方面要承受来自气缸高温废气的热冲击,一方面又会因为发动机工作过程的振动而产生振动疲劳。柴油机气缸中产生的高温高压废气对排气歧管不断冲击,高速高温废气如果不能顺畅的从排气歧管排出,那么就会在排气歧管中产生局部高温,从而导致排气歧管的热疲劳,容易发生氧化起皮、变形、锈蚀、开裂等失效模式。排气歧管失效将导致燃烧后的废气无法迅速排光,进气相对也无法完全吸入新鲜空气,残留在燃烧室内的废排气就会影响到下一次的燃烧效能。排气歧管的失效直接影响发动机的动力性、经济性和排放性,因此对排气歧管的失效模式分析和优化具有重要的理论和实际意义。本文首先介绍典型非增压和增压排气歧管的结构形式和特点,排气歧管材料的特殊要求及国内外常用材料的差异和发展的方向,排气歧管从原料经过铸造到加工成品的主要生产工艺流程和关注要点。其次介绍非增压和增压排气歧管的设计要点,研究排气歧管的振动特性、内流场和热应力的理论和分析方法。最后通过排气歧管失效实例的分析,建立仿真模型,采用专业CFD流体力学分析软件STAR-CD和有限元软件ABAQUS进行流固耦合分析,计算排气歧管内外表面的温度和热传递系数、不同部位的温度场、热应力和失效部位的低周热疲劳安全因子,找到失效的应力的集中点,优化排气歧管的结构;同时对排气歧管和增压器进行模态的分析,查找和消除共振风险,避免了排气歧管失效模式的发生。本文的研究表明,引起排气歧管失效的原因为热疲劳应力导致,需要采取改善约束条件等措施,避免失效的应力点,增加排气歧管的热疲劳寿命。本文通过仿真分析计算得到排气歧管的温度场、热应力和低周热疲劳安全因子,评估热疲劳风险,同时对排气歧管和增压器进行模态的分析,评估共振风险,为排气歧管失效模式的分析和优化提供了一种全面的分析方法。
【关键词】：排气歧管 失效 模态 内流场 热应力 优化
【学位授予单位】：吉林大学
【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
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文研究的目标和研究的内容12-14
• 1.3.1 研究的目的12-13
• 1.3.2 研究的内容13-14
• 第2章 排气歧管的结构、材料及生产工艺14-22
• 2.1 排气歧管的结构14-16
• 2.1.1 非增压排气歧管的结构14-15
• 2.1.2 增压排气歧管的结构15-16
• 2.2 排气歧管的材料16-18
• 2.2.1 排气歧管材料的特殊要求16
• 2.2.2 排气歧管常用材料16-18
• 2.3 排气歧管生产工艺流程及主要工序介绍18-20
• 2.3.1 工艺流程18
• 2.3.2 原料18-19
• 2.3.3 铸造19
• 2.3.4 加工19-20
• 2.3.5 气密性检查20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 排气歧管的设计和分析22-40
• 3.1 排气歧管的设计22-27
• 3.1.1 非增压排气歧管的设计22-23
• 3.1.2 增压排气歧管的设计23-27
• 3.1.2.1 脉冲系统排气歧管的设计23-26
• 3.1.2.2 定压系统排气歧管的设计26-27
• 3.2 排气歧管的分析27-38
• 3.2.1 排气歧管的模态分析27-30
• 3.2.1.1 模态分析概述27-28
• 3.2.1.2 模态分析过程28-29
• 3.2.1.3 排气歧管的理论模态振型29-30
• 3.2.2 排气歧管的内流场分析30-35
• 3.2.2.1 流体力学分析在柴油机设计中的应用30
• 3.2.2.2 计算流体力学基本过程30-34
• 3.2.2.3 计算流体力学软件介绍34-35
• 3.2.3 排气歧管热应力分析35-38
• 3.2.3.1 传热学基本理论35-36
• 3.2.3.2 热力学分析基本理论36-38
• 3.2.3.3 排气歧管热应力分析38
• 3.2.3.4 计算热应力软件介绍38
• 3.3 本章小结38-40
• 第4章 排气歧管失效的研究40-52
• 4.1 排气歧管的失效形式40-41
• 4.2 排气歧管失效分析及优化实例41-51
• 4.2.1 排气歧管开裂失效问题概述41-42
• 4.2.2 排气歧管材料的分析42-43
• 4.2.3 排气歧管材料不同温度下的机械性能43
• 4.2.4 排气歧管热应力的分析43-48
• 4.2.5 模态分析48-50
• 4.2.6 排气歧管开裂失效分析的结论50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 排气歧管的优化52-68
• 5.1 排气歧管结构的优化52-54
• 5.1.1 改进后的方案52
• 5.1.2 改进后的温度场52-53
• 5.1.3 改进后的低周热疲劳安全因子53-54
• 5.2 增压器振动的优化54-58
• 5.3 优化后增压器辅助支撑强度模态分析58-63
• 5.4 发动机的台架试验验证63-66
• 5.5 优化后市场效果66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考 文献70-74
• 作者简介及科研成果74-75
• 致谢75

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