基于有限元分析的发动机排气歧管优化设计

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1、摘要车辆在试验或正常行驶的过程中，如果排气歧管的结构不合理，发动机的振动就很容易导致其断裂，致使车辆出现漏气现象。漏气不仅会导致发动机功率下降，而且还有可能引起整车自燃。所以，排气歧管作为发动机重要的外围零部件之一，其结构强度的合理性直接影响着发动机的性能和整车的安全性。因此，排气歧管的优化设计具有重要的意义。本文针对某型号发动机在台架试验中出现的排气歧管断裂现象，以工程振动理论为基础，运用有限单元法，通过对排气歧管动态特性进行分析、研究，探明了其发生断裂的主要原因是由于排气歧管的前两阶固有频率落在了发动机正常工作转

2、速所对应的频率范围之内，从而在发动机正常工作过程中，发动机产生的谐波激励引起了排气歧管共振，导致了排气歧管的断裂。在此基础上，提出了以提高排气歧管的固有频率为目的，从排气歧管的材料和结构两方面进行优化的技术方案。优化后的仿真分析和工程实际应用表明，该优化方案有效地解决了由于发动机激励而造成的排气歧管断裂现象。关键词：排气歧管；断裂；共振；有限元法；AbstractIfthestructureofexhaustmanifoldisunreasonable，thevibrationofenginewillcausethe

3、exhaustmanifoldbreakingeasilywhenthevehicleinexperimentorrunnormally．Thebreakingofexhaustmanifoldwillleadtotheairleakagephenomenonappearingonthevehicle．Theairleakagewillnotonlycausetheenginepowerdropping，butalsocausethevehiclespontaneouscombustionpossibly．There

4、fore，thestructuralstrengthrationalityoftheexhaustmanifoldwhichisasoneofengineimportantperipherypartsinfluencestheengineperformanceandthevehiclesecuritydirectly．Sothattheoptimizationdesignofexhaustmanifoldisveryimportant．Inthispaper,inviewoftheexhaustmanifoldbre

5、akingphenomenonwhichappearedduringpedestalexperimentofacertainmodelengine，thedynamiccharacteristicoftheexhaustmanifoldisanalyzedandstudied、析廿1theFEMbasedontheengineeringvibrationtheory．Theprimaryreasonofthebreakingphenomenonhasbeendiscovered．Thereasonisthatthef

6、irsttwostepsoftheexhaustmanifold’Snaturalfrequencyfellintothefrequencyrangewhichiscorresponded谢t11thenormalworkrotationalspeedoftheengine，thentheharmonicexcitationwhichisproducedduringtheenginenormalworkcausedtheexhaustmanifoldresonating．Basedonthese，atechnical

7、programisproposed．Thetechnicalprogramaimedatraisingthenaturalfrequencyoftheexhaustmanifold．Itisanoptimizationdesignwhichiscarriedonbythemodificationofbothmaterialanditsstructure，Aftertheoptimization，theanalysisandthepracticalapplicationindicatethattheoptimizati

8、onplanhassolvedtheexhaustmanifoldbreakingproblemwhichiscausedbyengineexcitationeffectively．Keywords：exhaustmanifold；breaking；resonation；Finiteelementmethod；论文独创性声明本人声明：本人所呈交