基于ANSYS套管式氧传感器的结构优化设计.pdf

《基于ANSYS套管式氧传感器的结构优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、110传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第9期基于ANSYS套管式氧传感器的结构优化设计张晓岩，肖建中(1．上海工程技术大学高等职业技术学院。上海200437；2．华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室。湖北武汉430074)摘要：基于ANSYS对套管式氧传感器在冷启动和正常工作环境下的应力场进行了模拟。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。关键词：氧传感器；应力场；优化设

2、计；ANSYS中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000--9787(2010)09-0110-03Structuraloptimizationdesign0fthethimble-typeoxygensensorbased0nANSYSZHANGXiao．yanl

3、．XIA0Jian—zhong(1．AdvancedTechnicalVocationalInstitute，ShanghaiUniversityofEngineeringTechnology，Shanghai200437，China；2．Sta

4、teKeyLaboratoryofMaterialProcessingandDie&MoldTechnology．HuazhongUniversityofScience&Technology．Wuhan430074．China)Abstract：Thestressfieldsofthethimble-typeoxygensensorindiferentsurroundingsaresimulated，suchascoldstartingandnormalworking，basedonANSYS．Throughanalys

5、isofstressfieldondifferentstructureandsizethimble—typeoxygensensor，therelationshipofthestructurefeaturedimensionandthestressisderived．Itprovidebasistooptimizethestructureofthesensor．Keywords：oxygensensor；stressfield；optimialdesign；ANSYS0引言力分析的有限元理论研究几乎很少，很多学者仍是沿用

6、氧传感器作为电喷系统的关键零件目前被广泛应用于弹塑性有限元理论来分析这一问题，现在常用的一种屈服减少和控制汽车尾气的装置中。汽车用氧传感器按工作原准则，即，存在一个广义应力0-，当广义应力达到某个极理可分为三类：浓差电池型氧传感器、氧化物半导体型氧传值时发生屈服，具体表达式为感器、电化学泵型氧传感器。近三十年来，世界各国不断开l(0-ltoo-2)+(0-2一3)+(0"3-0"1)=s发、研究、应用各种ZrO氧传感器，目前，国内汽车中1使用的氧传感器大多数仍为套管式浓差型ZrO固体电解(一)+(，一)+(一)+++，2

7、质氧传感器，这种氧传感器传感器的核心部件是YSZ陶瓷(1)管。与国外相比国产氧传感器仍存在稳定性差、寿命短的式中。，or，0"3分别为第l主应力，第2主应力，第3主问题。本文通过模拟传感器的真实工作环境，在ANSYS的应力；0-为拉伸屈服极限。本文中，考虑zr管为标准的旋基础上对套管式传感器的应力场进行数值模拟，并对陶瓷转体，具有轴对称特性，其所受到的载荷均为轴对称，因此，管的结构进行优化分析，以此对实际应用起到一些指导性zr管的变形相应地也为轴对称。由此可采用轴对称模作用。型。。来对其进行分析。1应力场分析1．1温度场

8、分析套管式氧传感器实际装配如图1所示。本文中rZr管有限元分析过程一般分为建模、加载、计算和后处理。采用ZrO掺杂3too1％Y0。的陶瓷，目前关于陶瓷元件应建模过程包括材料特性参数、单元类型、确定几何模型、网收稿日期：2{)10--01—18第9期张晓岩，等：基于ANSYS套管式氧传感器的结构优化设计图1套管式氧传感器装配示意图Fig1Assemblingdiagramofthimble-typeoxygensensor格划分、载荷模型等关键技术。zr管物理参数分别是：密度为6050kg·m一，弹性模量为210GPa，

9、热膨胀系数为图3Zr管的温度场分布图(t=1．2，5，10。20S)Fig3Distributiondiagramoftemperaturefieldsofthethimblel0．410K一，热导率为3．2W·m一·K～，屈服强度为(t=1，2，5，10。20S)l500MPa，比热为450J／kg·K，泊松比为0