氧传感器温度场和应力场的数值模拟

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着汽车排放法规的日益严格，汽车尾气氧传感器的应用和开发工作越来越迫切。数值模拟技术的应用有效地推动了这一过程的进展。本论文基于有限元模拟软件ANSYS平台，对氧传感器的温度场和应力场进行了模拟，论文的完成可为氧传感器的设计提供有效的依据。论文针对套管式氧传感器的具体情况，建立了轴对称模型，根据装配要求，得到了相应的位移约束和压力载荷。通过实验对内置发热器的加热状况进行了测定，得到了氧传感器冷启动时陶瓷件内部的温度载荷情况，从而建立了完整的有限元分析模型，减少了计算量，又不影响计算结果的精度。对套管式氧传感器的温度场和应力场进行了动

2、态模拟，得到了不同时刻的温度场和应力场的变化情况。再现了氧传感器在不同工作环境下的应力情况。结果表明在固定的结构尺寸情况下，外界温度载荷的变化对最大应力没有影响。通过对不同结构尺寸套管式氧传感器的应力场分析，得出了相应结构尺寸与应力之间的关系,为结构优化提供了依据。对平板式氧传感器的温度场和应力场进行了模拟。温度场的结果显示，锆板在10s左右前端温度就可以达到均匀，并且厚度方向表现出了很好的温度一致性；从应力场的结果显示，应力的较大值发生在固定位移与自由端的交界部分。并对平板式氧传感器的印制和装配给出了指导性建议。关键词：氧传感器有限元分析温度场应力场ANSY

3、SI华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththemoreandmoreseriousemissionregulations,thedevelopmentoftheexhaustoxygensensorshasbecomeincreasinghot.Finiteelementanalysishasbeenusedsuccessfullyinthisfield.Inthispaper,thetemperaturefieldandthestressfieldoftheoxygensensorhasbeensimulatedbasedonANSYSplatf

4、orm.Someeffectiveprinciplesareprovidedforthedesignofoxygensensor.Theaxisymmetricalmodelisestablishedformeetingthespecificconditionsofthethimble-typesensor,andthecorrespondingdisplacementconstraintandpressureloadaregotaccordingtothematchingrequirements.Theheatingrateoftheheaterhasbee

5、ntestedbyexperiment,andthenthetemperatureloadhasbeensetup.Theintegratedcomputermodelforthermalanalysisofthethimble-typesensorhasbeensetup,whichreducesthecomputationaleffortswhilekeepingtheaccuracy.Thefiniteelementanalysisoftemperaturefieldsandstressfieldsofthethimble-typeoxygensenso

6、risaccomplished,andthispaperanalyzeshowtemperaturefieldsandstressfieldsdistributeinthedifferenttime.Analysisofstressfieldsofthethimble-typeoxygensensorindifferentenvironmentshasbeendone,andmaximumstressisalmostthesame.Therelationshipofthestructurefeaturedimensionandthestressisfounde

7、d,whichcanassistpeopletodesignabettersensorstructure.Thetemperaturefieldsandstressfieldsoftheplanar-typeoxygensensorissimulated.Theresultofthetemperaturefieldsshowsthatthetemperaturebecomesuniformonthetopoftheplanar-typesensorin10secondswhileitalsoshowsgoodtemperaturehomogeneityinth

8、ethicknessdirection