基于ABAQUS的发动机排气歧管低周疲劳分析.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.044基于ABAQUS的发动机排气歧管低周疲劳分析代兴伟（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）摘要：在发动机运转过程中，排气歧管温度会产生周期变化，会导致排气歧管发生低周疲劳破坏，文章基于ABAQUS对某发动机的排气歧管进行低周疲劳分析，研究排气歧管的低周疲劳寿命。关键词：排气歧管；低周疲劳；ABAQUS软件中图分类号：U463.6文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017)15-120-02TheExhaustmanifoldLCFAnalysisBasedonABAQUS

2、DaiXingwei(AnhuiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd.TechnologyCenter,AnhuiHefei230601)Abstract:Duringengineoperation,theexhaustmanifoldtemperaturewillproduceperiodicchanges.Thiswillcausetheexhaustmanifoldoccurrenceoflowcyclefatiguedamage.Thelowcyclefatigueanalysisofexhaustmanifoldwillbecarriedoutbas

3、edonsoftwareabaqusinthispaper.Andtosearchthelowcyclefatiguelifeoftheexhaustmanifold.Keywords:Exhaustmanifold;Lowcyclefatigue;ABAQUSsoftwareCLCNO.:U463.6DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)15-120-02随着发动机技术的发展，以及排放法规、油耗法规的加盖水套以及缸套，全速全负荷工况燃烧室部位的温度及换热严，排气歧管的设计已经开始集成在缸盖上，不仅可以降低系数如图2、3所示，其他部位不

4、一一列出。油耗以及排放，而且由于缸盖水套冷却的原因，排气歧管部分的温度会有一定程度的降低，但由于材料一般为铝合金材料，强度也有一定的下降，因此还是有必要对排气歧管部位的低周疲劳性能进行评估，本文基于ABAQUS软件，对某发动机的排气歧管部分进行低周疲劳分析，计算低周疲劳寿命。1有限元模型及边界条件图1有限元模型由于是排气歧管集成在缸盖上，因此排气歧管低周疲劳分析模型包括以下部件：缸体、缸盖（集成排气歧管）、缸垫、缸盖螺栓、增压器蜗壳以及蜗壳螺栓等。使用Hypermesh对模型进行网格划分，单元类型缸垫采用GK3D12MN，其余采用C3D10M。有限元模型如图1所示。温度场分析

5、需要CFD分析提供热边界，主要包括全速全负荷工况和怠速工况下的气体的温度及换热系数，部位有燃烧室、近排气道、缸体缸图2燃烧室部位温度作者简介：代兴伟，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。121汽车实用技术2017年第15期图6应力应变循环工况图3燃烧室部位换热系数4低周寿命分析结果2温度场分析排气歧管低周疲劳寿命如图7所示，可以看出排气歧管温度场分析低周循环工况如图4所示，进行瞬态分析，外表面的低周疲劳安全系数均在4.5以上，图8为某一截面共进行五个循环，第一循环从室温到全速全负荷，然后下降的安全系数分布，最小安全系数为4.5，整体模型不存在风险。到怠速工况，后四个循环重复从

6、怠速工况到全负荷工况，再到怠速工况。第五个循环时全速全负荷工况温度场如图5所示。图7排气歧管低周疲劳安全系数图4温度循环工况图8某截面安全系数分布5结论通过有限元的方法计算瞬态温度场分析，得到怠速工况图5全速全负荷工况温度场到全速全负荷工况过程的温度场分布，并基于温度结果进行应力应变分析，分析中考虑了材料的蠕变特性，使用最后的3应力应变分析稳定循环进行低周疲劳分析，结果显示寿命较高，不存在风险。应力应变分析循环如图6所示，由于排气歧管低周分析主要考虑温度的影响，因此应力循环与温度循环基本一致，参考文献即分析温度循环状态下的应力应变变化，同样分为五个循环，前两个循环为初始循环，

7、此循环应力应变状态没有稳定，[1]Surech,S.FatigueofMaterials[M].国防工业出版社,1993,389-404.在第三个循环全速全负荷工况时保持30小时，主要是为了[2]聂宏.Miner公式和Manson-Coffin公式的能量基础[J].航空学考虑材料的蠕变特性，后两个循环为稳定循环，此时部件报,1993,14（5）:310-312.的应力应变基本趋于稳定，使用第五个循环进行低周疲劳寿[3]赵帅帅,陈永祥等.基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验命分析。设计与评