排气歧管热负荷与机械振动负荷的耦合分析

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1、———————————————————————————排气歧管热负荷与机械振动负荷的耦合分析———————————————————————————TheCoupingAnalysisOnThermalLoadAndMechanicalVibrationLoadOfExhaustManifold作者姓名：袁懋荣领域（方向）：动力工程指导教师：袁兆成教授类别：工程硕士答辩日期：2015年06月04日作者姓名袁懋荣论文分类号TK412+.4保密级别公开研究生学号2012424017学位类别工程硕士授予学位单位吉林大学培养单位专业名称动力工程汽车工程学院（院、所、中心）内燃机

2、现代设计2012年9月研究方向学习时间理论与方法至2015年6月论文中文题目排气歧管热负荷与机械振动负荷的耦合分析TheCouplingAnalysisOnThermalLoad论文英文题目AndMechanicalVibrationLoadOfExhaustManifold关键词(3-8个)汽油机，排气歧管，热负荷，机械振动负荷，耦合姓名袁兆成职称教授导师情况学历学位博士工作单位吉林大学汽车学院论文提交日期2015年04月01日答辩日期2015年06月04日是否基金资助项目否基金类别及编号如已经出版，请填写以下内容出版地（城市出版者（机构）名称名、省名）出版日期出版

3、者地址（包括邮编）摘要排气歧管热负荷与机械振动负荷的耦合分析汽车发动机的排气歧管作为汽车排气系统的重要组成部分，关系到发动机的动力性能、经济性能和排放性能。排气歧管工作环境比较恶劣，容易发生失效，而热负荷和机械振动负荷是导致排气歧管失效的两个主要原因。所以，热负荷与机械振动负荷耦合分析对排气歧管的研究很有必要。本文旨在研究某四缸汽油机排气歧管发生失效的原因，主要采用有限元分析方法对排气歧管进行了振动自由模态分析和约束模态分析。通过分析发现，约束模态第一阶固有频率为1059.7Hz。并且通过振动响应分析的方法，对十个频率段进行计算，并对约束模态下排气歧管前十阶固有频率进

4、行验证，结果发现其共振频率与固有频率的最大误差为0.67%，说明了约束模态计算的准确性。本文通过PROE建立排气歧管三维模型并在ABAQUS中建立排气歧管的有限元仿真模型，同时在ABAQUS中进行模型的网格划分。之后根据所提供的发动机设计参数，利用STAR-CCM+流体力学(CFD)分析软件计算得到排气歧管的整体温度场分布。为了更准确地验证温度场的准确性，本文还进行了排气歧管温度场的实验测试。通过热电偶测得发动机在同一工况条件下排气歧管内部流体温度及外表面温度。结果发现仿真结果和实验结果最大误差仅有4.3%，在误差范围内。本文通过有限元软件ABAQUS将STAR-CC

5、M+计算所得的温度场作为热负荷，并施加相应的固定约束条件，计算排气歧管只在热负荷状况下的应力状况。结果发现，只在热负荷情况下，排气歧管的整体应力基本处于300MPa~400MPa之间。但是这个不能作为最后判定排气歧管是否会发生失效的根据，为了进一步得到排气歧管失效的原因，本文还对排气歧管进行了热负荷与机械振动负荷的耦合分析。本文利用有限元方法对排气歧管进行了热负荷与机械振动负荷的耦合分析。其振动负荷采用加速度施加方式，并分析得到了发动机在不同转速时的排气歧管总体应力分布情况，发现其应力基本分布在20MPa~200Mpa之间，没有达到I屈服强度。本文还分析了发动机在同一

6、转速下，排气歧管不同位置处的应力状况，结果发现在歧管靠近进口法兰处其应力值最高。同时也分析了在不同转速下同一位置的应力变化情况，结果说明随着发动机转速的升高，排气歧管各处的应力基本呈现上升趋势，但是排气歧管在热负荷与机械振动负荷的耦合作用下没有发生失效。关键词：汽油机，排气歧管，振动，热应力，耦合IIABSTRACTTheCouplingAnalysisOnThermalLoadAndMechanicalVibrationLoadOfExhaustManifoldAsanimportantpartofautomotiveexhaustsystems,theexhaus

7、tmanifoldhasanimportantimpactontheperformanceoftheengine,includingdynamicperformance,economicperformanceandemissionperformance.Theexhaustmanifoldisworkingunderpoorconditions,thustherebeingfailureoftheexhaustmanifold.Andasweknowthethermalloadandthemechanicalvibrationloadsarethet