某發(fā)動機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)動機排氣系統的重要部件之一，其結構強度直接影響著發(fā)動機的工作可靠性和使用耐久性。防爆柴油機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，壁面會產生熱應力集中，導致雙層水冷排氣歧管容易發(fā)生疲勞破壞。因此，有必要對雙層水冷排氣歧管在工作過程中熱應力的分布規(guī)律以及熱疲勞壽命進行研究，分析結果對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。
　　針對上述問題，本文以某發(fā)動機雙層水冷排氣歧管為研究對象，對其展開熱疲勞仿真研究。運用UG建立其三維實體模型。排氣歧管雙層管壁，煙氣和冷卻水三維裝配模型作為 CFD分析時的流-固幾何模型；而排氣歧管雙層管壁、簡化機體板、渦殼板以及螺栓等零部件的三維裝配模型作為模擬真實安裝條件下的有限元分析結構模型，以此模型做進一步的熱應力和熱疲勞分析。利用Hypermesh軟件劃分網格，并分別建立流場分析和結構應力分析時所需的不同

3、邊界條件。
　　運用FLUENT軟件對雙層水冷排氣歧管進行流-固耦合傳熱分析。雙層管壁作為耦合系統的固體域，煙氣和冷卻水作為耦合系統的流體域，通過定義合理的邊界條件及耦合方程，采用整場離散和整場求解的方法，研究了雙層水冷排氣歧管的流體流動和傳熱以及流體與管壁之間的耦合傳熱，得出了內部流場和溫度場分布規(guī)律。分析結果表明：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-固耦合計算的基礎上，運用ANSYS軟件將所得到的雙層水冷排氣歧管管壁節(jié)點溫度作為溫度載荷，對螺栓施加預緊力，固定端面采用全約束的加載方式模擬其真實工作狀態(tài)下的安裝條件，對其進行熱應力分析，得到雙層水冷排氣歧管熱變形、熱應力應變的分布規(guī)律。
　　最后基于熱應力分析結果中所產生的塑性應變，根據低周熱疲勞分析理論，運用Manson-Coffin公式對其熱疲勞壽命進行預測，分析結果可為雙層水冷排氣歧