详情

原文传递汽车排气歧管设计理论研究

论文题名：	汽车排气歧管设计理论研究
关键词：	排气歧管;振动特性;流体分析;热应力;热疲劳
摘要：	汽车排气歧管是将发动机工作时产生的废气，从多个汽缸中顺利排出的重要零件，其结构设计的好坏会直接影响着汽车的舒适性、废气的顺利排放、废气的催化转换处理和发动机的效率。排气歧管的振动特性会影响汽车的舒适性，也会影响其自身的寿命;同时它的结构会影响内流体的速度、温度和压强分布，速度场决定是否排气的顺畅，温度场决定着催化转换器的效率，排气背压则会影响发动机的效率;排气歧管的热应力分布直接影响着排气歧管的热疲劳寿命。因此，排气歧管的设计需要从多个方面进行综合考虑，一方面需要满足其使用要求，另一方面还需要保证其工作寿命。目前，排气歧管的失效现象时有发生，排气歧管的使用要求也越来越高，因此提出一种统一全面的设计理论十分必要。　　首先通过对排气歧管振动特性的研究，建立了排气歧管的几何模型和有限元模型，对排气歧管进行了自由模态和约束模态分析，通过分析，得到了排气歧管振动特性良好的结论。其次通过对排气歧管内流体的研究，建立了发动机的GT-power模型和排气歧管内流体的有限体积模型，进行了内流体耦合仿真，分析了内流体的速度场、温度场和压强场，得到了排气歧管的结构能够满足催化转换器和发动机效率的要求，不需要对排气歧管结构进行优化的结论。然后通过对排气歧管热应力的研究，建立了排气歧管GT-power模型和有限元模型，对排气歧管进行了热分析和两种约束情况下的热应力分析，得到了排气歧管的最大热应力在其出口处和入口处，以及约束对排气歧管的热应力会产生很大的影响的结论。最后利用Manson-Coffin公式对排气歧管进行了热疲劳寿命分析，得到了排气歧管需要采取改善约束条件等措施的结论。　　本文的研究表明，该汽车排气歧管不会发生共振，其振动特性能够满足要求;其内流体的流速和温度也能够满足催化转换器的使用要求，并且其压强不会影响发动机效率;排气歧管需要采取改善约束条件等措施，来增加其热疲劳寿命。本文能够仿真得到排气歧管的使用性能和寿命性能，为改善排气歧管的结构设计提供了一种统一全面的设计方法。
作者：	刘晓宇
专业：	机械工程
导师：	周祖德;吴超群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文