某型号发动机排气管温度场和热应力分析.pdf

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1、第42卷第2期时代农机2015年2月Vo1．42No．2TIMES^GR

2、CuLTuRALMACHINERYFeb．2015某型号发动机排气管温度场和热应力分析睢利铭，王耀耀(河南机电高等专科学校汽车工程系，河南新乡453000)摘要：文章利用分析软件ANSYS对某型号发动机排气管在高温废气作用下的温度场和热应力进行模拟分析。首先利用ANSYS对该发动机排气管做内外流场CFD分析，得到排气管内外表面的对流换热系数和流场的温度分布，然后把CFD分析得到的结果作为边界条件对排气管做流固耦合分析得到了排气管的热应力分布。文章的分析结果对于分析裂纹产生原因和降低裂纹发生频率有着很重要

3、的参考价值，并为该排气管的下一步优化改进提供了重要的理论依据。关键词：排气管，温度场，热应力，有限元分析，ANSYS中图分类号：U464文献标识码：A文章编号：2095—980X(2015)02—0026—04AnAnalysisofTemperatureFieldandThermalStressofExhaustPipeofSomeTypeofEngine日￡Li-ming,WGYao-yao(DepartmentofAutomotiveEngineering,HenanMechanicalandElectricalc。如，Xinxiang,Henan453000，Chin

4、a)Abstract：Inthispaper,thetemperaturefieldandthethermalstresstheexhaustpipeofsometypeofimpactedbyhightemperatureexhaustgaswasanalyzedsimulatedlywiththeanalysissoftwareANSYS．Firstly．CFDanalysiswasmadeoninternalandexternalflowfieldoftheexhaustpipewithANSYSandtheheatexchangecoefficientandtempe

5、r．aturedistributionontheinternalandexternalsurfaceoftheexhaustpipewasfiguredout．TaketheresultsoftheCFDastheboundarycondition,thedistributionofthermalstressontheexhaustpipewasdrawedbasedonfluid-structureinterac—tionanalysisfortheexhaustpipe．Theresultcanbereferenceforfindingthecausesresulting

6、inthefractureandlow—eringtheoccurrenceoffracture，andprovidestrongtheoreticalbasisfortheoptimizationdesignoftheexhaustpipe．Keywords：exhaustpipe，temperaturefield，thermalstress，finiteelementanalysis，ANSYS排气管安装于发动机排气岐管和消声器之间，使整个排无内热源的稳态传热，其控制方程为：气系统呈挠性联接，从而起到减振降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用。排气管在发动机工作时由于

7、机械振动鲁(1(x)+斋(等)+鲁()=0(1)所产生的机械应力和热应力的作用，经常会出现局部开裂的式中：K，Ky，K为沿，x，Y，z方向的热传导系数。现象，从而使发动机的工作和排放性能大打折扣。所以，对排这里采用第3类热边界条件即给定物体边界上的流体温气管进行温度场和热应力分析，对研究排气管局部产生裂纹度和表面传热系数来计算排气管的温度场，可表示为：的内在原因并提出优化设计方案有着十分重要的作用。KxnI+ny+Kzllz=ht)(2)传统上可以根据经验对排气歧管的设计进行修改，然后式中：nBy，n为边界法线的方向余弦，h为研究对象与周在验证相关设计正确与否，但周期长、成本

8、高。而采用CAE方围介质的对流换热系数，t为外界环境温度。法对整个排气歧管的工作状态进行模拟，可有的放矢地对多(2)排气管热应力的计算。利用有限元法计算排气管的热个修改设计进行对比，选择最佳方案、缩短设计周期，减少研应力，积分方程为：发费用。文章以某发动机排气管为研究对象，先建立有限元模型，然后采用流固耦合方法对排气管的温度场及热应力进行lPudv=I盯ds+Ibdv(3)分析计算。利用这种分析方法的优点就是不用对研究对象的式中：P为密度，U为位移矩阵，盯是应力张量矩阵，b是温度场进行实际测量就能得到比