催化器隔热罩优化设计.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.14.026催化器隔热罩优化设计杜鹏，阮仁宇，倪成鑫（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：文章基于有限元法对某发动机的催化器隔热罩进行了模态分析，并通过增加固定点的方式对隔热罩的模态进行了提升，计算结果显示，优化后的隔热罩一阶模态值从132.6Hz提升到232.89Hz，结果满足评价指标。关键词：隔热罩；模态分析；一阶模态频率中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017)14-77-02OptimumDesignonCatalystHeat-shieldDuPe

2、ng,RuanRenyu,NiChengxin(AnhuiJianghuaiAutomobileGroupCo.,Ltd,AnhuiHefei230601)Abstract:Thearticlehadamodalanalysisoncatalystheat-shieldofacertainenginebasedonfiniteelementmethod.Itisbyaddingfixingpointsthatfirstordermodalfrequencyofheat-shieldwasimprovement.Theresultsshowedthatfirstorderm

3、odalfrequencyincreasedfrom132.6Hzto232.89Hzafterheat-shieldwasoptimized.Atlastitmettheevaluationstandard.Keywords:CatalystHeat-Shield;Modalanalysis;FirstOrderModalFrequencyCLCNO.:U467DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)14-77-02按模型质量属性赋予材料密度，其余模型均按赋予网格模型前言材料后获得质量。表1材料属性表在某发动机可靠性试验过程中，当试

4、验进行到约150小时后，发现催化器隔热罩变形脱落。催化器隔热罩主要作用是对三元催化器进行隔热处理，由于排气歧管排出的废气温度较高，且由于三元催化器是良好的热导体，这样就会导致三元催化器的温度比较高，为了壁面三元催化器周围的橡胶件因为高温而老化、失效，一般在三元催化器外面设置一个隔热罩。由此可见，隔热罩设计的优劣，直接影响发动机的正常运行。1.2建立计算模型本文将基于有限元法，对隔热罩的模态进行分析，找出隔热罩变形脱落的原因，并对其进行优化设计。1有限元分析1.1材料属性参数有限元模型分析所需材料属性如表1所示，其中增压器图1有限元网格模型作者简介：杜鹏，就职于安徽江淮汽车

5、集团股份有限公司。2017年第14期杜鹏等：催化器隔热罩优化设计78前处理软件采用HyperMesh，有限元计算模型如图1所增加固定点，如图4所示。示。隔热罩的网格单元类型设为壳单元STRI65，其余单元网格类型为C3D10，并应用Abaqus6.14进行求解计算。模态计算时，各接触面设置为绑定约束。由于分析过程为约束模态，分析模态前需固定边界的X、Y、Z方向，如下图2所示。图4隔热罩变更方案2.2优化方案模态计算结果隔热罩优化方案的一阶模态值如图5所示。从计算结果来看，通过修改隔热罩的固定方式，使整个后处理系统一阶模态由132.6Hz提升到232.89Hz，满足大于最大

6、持续超速转速（5600rpm）的点火频率（186.7Hz）的1.2倍(224Hz)的评价指标，可以接受。图2分析步及模型边界条件1.3原方案模态计算结果通过计算可以得到隔热罩的一阶模态值（如图3所示）。从计算结果来看，整个后处理系统一阶模态仅为132.6Hz，而该发动机最大持续超速转速（5600rpm）的点火频率为186.7Hz，根据评价标准，要求一阶模态值必须大于最大持续超速转速对应的点火频率的1.2倍，即224Hz。因此，一阶模态值偏低是隔热罩变形脱落的主要原因，必须对其模态结果进行优化。图5改进后的隔热罩一阶模态3结束语本文基于有限元算法，对某隔热罩的一阶模态进行了

7、提升，使整个后处理系统一阶模态由132.6Hz提升到232.89Hz，满足大于发动机最大持续超速转速（5600rpm）的点火频率186.7Hz的1.2倍(224Hz)的评价指标，可以接受。另外，对优化后的催化器隔热罩重新做了可靠性试验，未再发生隔热罩脱落现象，优化效果明显。图3原隔热罩一阶模态参考文献2优化设计[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社.2002,6.2.1优化设计方案[2]范习民等.某汽油机排气歧管隔热罩优化分析[J].机械工程师,根据前面的计算结果，为提升模态，在两块隔热罩之间2014（11）.