基于热机械劳分析的排气歧管优化设计.pdf

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1、设计研究-10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.001基于热机械劳分析的排气歧管优化设计常耀红，杨磊，刘闪闪，李小坚，季明微（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：联合AVL-Fire和ABAQUS软件，对某直喷汽油机进行排气歧管热机械疲劳分析。首先利用AVL-Fire软件得到排气歧管在全速全负荷工况、倒拖工况和怠速工况下的内外表面热边界条件，映射到有限元单元上进行耦合计算，得到相应工况下的温度场以及应力场分布，并通过热机械循环计算排气歧管的累积塑性应变，判断

2、排气歧管是否会发生低周疲劳断裂。并根据分析结果对排气歧管进行优化设计，结果表明此方法可以很好的应用在排气歧管优化设计上。关键词：排气歧管；耦合；热机械疲劳；塑性应变中图分类号：U462.1文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017)08-01-03TheOptimizationDesignofExhaustManifoldBasedonThermoMechanicalFatigueAnalysisChangYaohong,YangLei,LiuShanshan,LiXiaojian,JiMingwei（An

3、huiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd.TechnologyCenter,AnhuiHefei230601）Abstract:combinedwithAVL-FireandABAQUSsoftware,analyzedtheexhaustmanifoldthermalmechanicalfatigueofadirectinjectiongasolineengine.Firstgettheexhaustmanifoldinfullloadcondition,draggedinsideandoutsi

4、desurfacethermalboundaryconditionconditionandunderidlingconditionbyusingAVL-Firesoftware,mappingtothefiniteelementonthecouplingcalculationoftemperaturefield,obtainedthecorrespondingconditionsandstressfielddistribution,accumulationandexhaustmanifoldbythermomecha

5、nicalcycleplasticstrain,tojudgewhethertheexhaustmanifoldoflowcyclefatiguefracture.Andaccordingtotheresultsoftheanalysistooptimizethedesignoftheexhaustmanifold,theresultsshowthatthismethodcanbewellappliedintheexhaustmanifoldoptimizationdesign.Keywords:exhaustman

6、ifold;compand;thermomechanicalfatigue;plasticstrainCLCNO.:U462.1DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)08-01-03应变有非常大的影响，进而影响排气歧管的性能。前言目前对于排气歧管的研究主要集中在计算全速全负荷工况下的温度场以及应力场分析，通过CFD分析得到排气歧管发动机工作产生的高温气体通过排气歧管排出，长期受内外壁面的热边界，即壁面温度以及换热系数，再通过耦合到高温气体的腐蚀，特别是在排气总管处，所有热量集中

7、在分析得到排气歧管结构的温度，主要研究的是排气歧管的最此处使得温度可以达到900℃以上，工作环境很长恶劣。排[1-3]高温度以及此工况下的应力情况。气歧管的温度分布特别是温差变化对排气歧管的应力、塑性由于排气歧管工作在高温的环境中，导致排气歧管材料作者简介：常耀红，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。往往工作在屈服状态，而发动机在起停的过程中排气温度有2017年第8期常耀红等：基于热机械劳分析的排气歧管优化设计2非常大的变化，温差往往会达到600℃，在周期性的温度变化载荷状态下，排气歧管的累积塑性应变会很大，造成低周

8、疲劳断裂失效，只研究排气歧管的最高温度和应力并不能解决此问题。本文基于有限元方法，对某直喷发动机的排气歧管进行热机械疲劳分析，最后根据结果对排气歧管进行优化设计。图1热机械载荷工况循环1、流固耦合原理（2）第一阶段冷却由能量守恒可知，在流固耦合界面处，固体传出的热量a)逐渐从全速变换为倒拖工况（每分钟4850转），持续应等于流体吸收的热量。所以