某發(fā)動(dòng)機(jī)雙層水冷排氣歧管熱疲勞仿真分析研究.pdf

1、排氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的重要部件之一，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性和使用耐久性。防爆柴油機(jī)采用雙層水冷排氣歧管來滿足表面溫度低于423K的防爆規(guī)程。由于雙層水冷排氣歧管在工作過程中與高溫廢氣及冷卻水直接接觸，使得管壁溫度分布很不均勻，壁面會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力集中，導(dǎo)致雙層水冷排氣歧管容易發(fā)生疲勞破壞。因此，有必要對(duì)雙層水冷排氣歧管在工作過程中熱應(yīng)力的分布規(guī)律以及熱疲勞壽命進(jìn)行研究，分析結(jié)果對(duì)提高雙層水冷排氣歧管的工作性能和使用壽命具

2、有重要意義。
　　針對(duì)上述問題，本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)雙層水冷排氣歧管為研究對(duì)象，對(duì)其展開熱疲勞仿真研究。運(yùn)用UG建立其三維實(shí)體模型。排氣歧管雙層管壁，煙氣和冷卻水三維裝配模型作為 CFD分析時(shí)的流-固幾何模型；而排氣歧管雙層管壁、簡(jiǎn)化機(jī)體板、渦殼板以及螺栓等零部件的三維裝配模型作為模擬真實(shí)安裝條件下的有限元分析結(jié)構(gòu)模型，以此模型做進(jìn)一步的熱應(yīng)力和熱疲勞分析。利用Hypermesh軟件劃分網(wǎng)格，并分別建立流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析時(shí)所需的不同

3、邊界條件。
　　運(yùn)用FLUENT軟件對(duì)雙層水冷排氣歧管進(jìn)行流-固耦合傳熱分析。雙層管壁作為耦合系統(tǒng)的固體域，煙氣和冷卻水作為耦合系統(tǒng)的流體域，通過定義合理的邊界條件及耦合方程，采用整場(chǎng)離散和整場(chǎng)求解的方法，研究了雙層水冷排氣歧管的流體流動(dòng)和傳熱以及流體與管壁之間的耦合傳熱，得出了內(nèi)部流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布規(guī)律。分析結(jié)果表明：雙層水冷排氣歧管流通性較好，符合排氣要求，表面溫度均不超過423K，滿足安全防爆的要求，驗(yàn)證了雙層水冷排氣歧管三維

4、模型的合理性及可行性。
　　在流-固耦合計(jì)算的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ANSYS軟件將所得到的雙層水冷排氣歧管管壁節(jié)點(diǎn)溫度作為溫度載荷，對(duì)螺栓施加預(yù)緊力，固定端面采用全約束的加載方式模擬其真實(shí)工作狀態(tài)下的安裝條件，對(duì)其進(jìn)行熱應(yīng)力分析，得到雙層水冷排氣歧管熱變形、熱應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律。
　　最后基于熱應(yīng)力分析結(jié)果中所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變，根據(jù)低周熱疲勞分析理論，運(yùn)用Manson-Coffin公式對(duì)其熱疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析結(jié)果可為雙層水冷排氣歧