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基于CAE/CFD分析的某进气歧管结构性能优化
| 论文题名： | 基于CAE/CFD分析的某进气歧管结构性能优化 |
| 关键词： | 汽车发动机;进气歧管;优化设计;流体动力学;计算机辅助求解 |
| 摘要： | 对发动机而言，进气歧管是其进气系统中非常重要的组件之一。它的结构会对发动机进气的均匀性以及进气阻力产生重要的影响，进而会影响到整个发动机的燃油经济性、动力性、排放性。因此，对于进气歧管的设计、分析、优化、制造等问题，一直是汽车领域工程师以及学者关注的课题，有着非常重要的研究意义。传统的发动机进气歧管设计主要依靠定流量实验和工作人员的经验，但这种方法成本高，耗时长。随着计算机技术的发展，越来越多的计算机辅助软件被应用于汽车开发中。 本文基于计算机辅助设计技术对进气歧管进行设计研发，利用有限元分析理论的模态分析、CFD分析、爆破压力分析的手段对发动机的进气歧管进行分析，对其结构进行优化，利用模具注塑的方式将样件制出，并通过爆破压力试验、气道压损试验验证模拟分析的准确性。首先利用ANSYS软件生成产品的体网格，利用CAE模态分析、爆破压力分析软件对产品进行分析，判断出发动机进气歧管易开裂、受损的薄弱位置，其次针对薄弱位置进行结构优化，优化完成后再次进行模态分析、爆破分析，得到符合设计要求的分析结果。再次利用AVL_FIRE软件进行CFD分析，获得产品边界层整体气道流体速度的分布以及总进气压力的分布，最终获取整个进气歧管的气道进气压损≤1.8Kpa，其气道内流体不均匀性＜8%。并通过结合爆破压力试验、气流压力分布及损失试验与模拟分析进行比较，结构优化后的进气歧管模态分析的一阶振频明显提高，避开了产生共振的频率，同时试验中的爆破压力值大于要求的不小于7bar，进气歧管表面强度增大，整体形变面积缩小，满足设计需求。 针对发动机进气歧管的CAE、CFD分析与爆破压力试验、气流压力分布及损失试验相结合，得出了进气歧管的爆破强度和气道均匀性的数据，通过实际试验与模拟分析的对比，二者之间存在误差，但整体误差率限制小于5%，满足设计的需求并且证实了CAE、CFD分析的可靠性，最终通过改善发动机进气歧管的结构，改良了其动力性能，通过CAE、CFD的辅助设计、结构优化与实际试验数据对比，二者数据误差控制在5%范围之内，满足行业内设计标准，其意义与实用价值主要是为今后制造业设计、优化发动机进气歧管等产品提供了理论基础和方向指导，有效的减少开发制造成本以及产品开发周期，帮助、行业朝着高效、高水平的方向发展。 |
| 作者： | 杨凯 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 董小瑞;汤懋来 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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