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车用发动机排气歧管总成的疲劳可靠性优化研究
| 论文题名： | 车用发动机排气歧管总成的疲劳可靠性优化研究 |
| 关键词： | 排气歧管总成;可靠性;热疲劳;有限元分析;模态分析;车用发动机 |
| 摘要： | 随着国家排放标准的提高，发动机排气系统中催化载体越来越靠近排气歧管，最终排气歧管部分和催化器连成一体，排气歧管和催化器合成一体，合称排气歧管总成。排气歧管总成的工作条件恶劣，表层气体与内腔中气体温度相差很大，且长期处于循环交变温度载荷下，容易出现疲劳失效等现象，使发动机的废气排放增多、噪声变大、功率波动、甚至使发动机失效。 由于发动机的性能排气温度日益提高，因此对排气歧管总成的疲劳可靠性的要求也变得越来越高。应用有限元仿真技术分析其疲劳可靠性，优化其结构，可以有效的减少试验样机的数量，缩短产品的开发周期，从而达到降低成本，提高市场竞争力。本文采用仿真分析与发动机台架实验验证相结合，对排气歧管总成的振动和热疲劳问题进行了研究，目的就是找出其寿命薄弱处并进行结构优化。 本论文的主要研究内容如下: (1)对排气歧管总成进行三维模型建立，结合ABAQUS软件划分网格模型，对其进行了自由和约束模态分析，并探讨了温度对模态频率的影响，揭示温度对共振频率的影响规律。 (2)根据有限元模型进行热应力分析，基于应力分析结果，用名义应力法和损伤累积理论进行热疲劳分析，找出排气歧管总成结构应力集中处和最大应力大小。 (3)对排气歧管总成进行结构优化，根据初次仿真结果修改三维模型，再次分析优化后结构，得到结果是优化后排气歧管总成的各阶固有频率都有所提高，减少了共振发生几率，热应力分布均匀，最大应力也减小了7MPa，热疲劳性能符合设计要求。 (4)进行排气歧管总成可靠性试验，根据相关技术要求搭建实验台架，进行300小时的实验并采集相关数据，最后对实验结果分析。 研究结果表明:经过300小时疲劳可靠性实验后，排气温度劣化率小于5％，300h排气压力与0h时基本一致，排气歧管总成表面无裂纹、大变形;台架振动对比测试结果表明，优化后振动响应降低明显。因此，本研究仿真优化后的排气歧管总成是可靠的，抗疲劳能力符合设计要求。 |
| 作者： | 陈东兴 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 熊锐;吴坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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