排气歧管的热应力缓解技术研究

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1、排气歧管的热应力缓解技术研究李哲琨2015年01月中图分类号：TK422UDC分类号：621.4排气歧管的热应力缓解技术研究作者姓名李哲琨学院名称机械与车辆学院指导教师张卫正教授答辩委员会主席魏春源教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月StudyonThermalStressAlleviatingTechnologyofDieselExhaustManifoldCandidateName：ZhekunLiSchoolorDepartment:Mechanica

2、lEngineeringFacultyMentor:Prof.WeizhengZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ChunyuanWeiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导

3、下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着柴油机强化程度的不断提高，其关键零部件的热负荷也随之不断增加。排气歧管是柴油机的主要受热件，与高速高温废气直接接触，工作环境恶劣，工作热负荷大，传统的排气歧管设计方法已经很难满足高强化柴油机排

4、气歧管的可靠性要求，本文针对排气歧管在热强度分析中出现的局部热应力集中的问题，从解除高应力区域热变形约束的角度入手，研究排气歧管的热应力缓解技术，为高强化柴油机排气歧管的设计提供指导和依据。本文的主要研究内容和结论如下：1．为了更加准确地模拟排气系统各部件间的传热及装配作用，建立排气系统装配体的有限元分析模型，根据经验公式确定排气系统各部件的热边界条件，并利用试验所测得的温度场对计算结果进行了调整和修正，然后以修正后的温度场作为热载荷，通过网格收敛性分析确定了合适的网格尺寸，计算排气歧管在热负荷工况和热机耦合工况下的应力

5、场。并研究了常温线弹性模型、常温弹塑性模型及考虑温度影响的弹塑性模型等不同材料模型对排气歧管计算分析的影响，得到了非线性因素的处理原则。研究结果表明排气歧管出口法兰螺栓孔处和弯曲部位为主要的危险区域，需要采取相应措施来缓解危险区域的热应力。2．建立法兰螺栓连接结构的局部模型，以减小法兰胀缩方向的刚度为原则，对法兰的热结构进行改进设计，确立两种新型法兰结构，通过分析两种结构的应力分布来评价其各自的优劣性和热应力缓解效果，经过对比分析，改进结构2更符合排气歧管出口法兰的实际改进需求，其使得歧管的最大应力降低了9.8%，螺栓孔

6、处的最大应力的降幅更是高达26.7%，其中螺栓孔在其轴线方向的热约束缓解程度最大，达到11%。可以说明，采用空心结构可以有效地缓解法兰处的热应力，具有一定的实际应用价值。3．针对排气歧管弯曲部位应力较大的情况，研究了排气歧管热应力的主要影响因素及相关规律，并主要从结构角度提出缓解排气歧管支管处热应力的技术措施。研究结果表明，通过改变排气歧管的弯曲半径、壁厚、法兰结构、缸盖刚度及开应力释放槽这5种因素均能对缓解支管处热应力起到一定的效果，为排气歧管的设计提供了相关依据。关键词：排气歧管；热应力；法兰；支管弯曲部位；热变形约

7、束I北京理工大学硕士学位论文AbstractAsthedieselenginebecomesmoreintensified,thethermalloadofthekeycomponentsbecomeshigher.Directlycontactingthehighspeedandhightemperatureexhaust,workinginatoughingenvironment,theexhaustmanifoldisamainpartbearingthethermalload.Traditionalapproac

8、htodesigntheexhaustmanifoldishardtosatisfythereliabilityrequirementofhigh-intensifieddieselexhaustmanifold.Thispaperaimsatsolvingthelocalstressconcentrationpro