本站原创摘 要 ： 应用Fire软件建立排气歧管CFD计算分析模型,模拟计算发动机在不同工况下的温度和换热系数（Heat Traner Coefficient, HTC）.用Abaqus建立热机疲劳分析模型,利用CFD结果中的温度和换热系数作为热机械疲劳分析的边界条件,计算各工况点下排气歧管的温度场和塑性变形等结果,并对结果进行评估,提出相应的改善意见,为后续发动机零部件结构强度开发提供参考,从而大大减少试验开发的工作量和费用,加快开发进度.
关 键 词 ： 汽油机； 排气歧管； 热机疲劳； Abaqus
中图分类号： U464.134；TB115.1文献标志码： B
引言
排气歧管是汽车发动机排气系统中高温废气最先经过的部件,其工作在常温到高温与高温到常温的激热、激冷交变状态下,因而工作环境相当恶劣.在工作过程中,若由于热载荷引起热疲劳裂纹和漏气等问题,会影响发动机工作的可靠性和发动机的排放性能.[1]随着汽车发动机功率的不断提高和排气温度的升高,排气歧管的热载荷也不断增加,因此,需要采用耐热性特别是耐热疲劳和抗高温氧化性良好的铸钢制作排气歧管.
本文在排气管CFD模型分析完成后,得到各个工况下排气管内壁面的温度和换热系数（Heat Traner Coefficient, HTC）,将这些结果通过mapping给Abaqus建立的热机械疲劳分析模型.为模拟真实的冷却工况,计算3个热载荷循环,第一个热载荷循环起始于室温.计算完成后,对计算结果进行评价并给出适当建议,给后续发动机性能开发提供参考.
发动机主要参数如下：排量为1.2 L；直列四缸、四冲程、水冷；燃油型号为RON93；额定功率为130 kW（5 500 r/min）.
1分析模型和方案
1.1计算分析模型
排气歧管热机械疲劳分析模型见图1,包括排气歧管、气缸盖（部分）、排气管螺栓及螺母等.热载荷工况施加示意见图2.
图 1排气歧管热机械疲劳分析模型
图 2热载荷工况施加示意
1.2计算方法
对模型进行装配载荷计算,然后将CFD计算得到的温度和换热系数mapping给装配载荷计算的计算结果,进行热机械疲劳计算.排气歧管内壁面换热系数及温度CFD计算结果分别见图3和4.
图 3歧管内壁面换热系数CFD计算结果,W/（m2·k）
图 4歧管内壁面温度CFD计算结果,K2分析结果
2.1温度场计算结果
排气歧管温度场计算结果见图5,排气歧管温度最高值为714 ℃,出现在排气管尾部半壳区域.
图 5排气歧管温度场计算结果,℃
2.2塑性变形结果
排气歧管塑性变形计算结果见图6.可知,排气管塑性变形最大值为3.485%,发生部位为EGR管位置.建议对该区域进行重点关注,并进行试验验证.
图 6排气歧管塑性变形计算结果
2.3等效塑性变形结果
排气歧管等效塑性变形计算结果见图7,可知,排气管相邻2循环工况等效塑性变形值为0.099‰,符合设计要求.
图 7排气歧管等效塑性变形计算结果
3结论
（1）排气歧管各工况下温度均满足要求.
（2）排气歧管塑性变形结果EGR管处较要求值稍大,建议该此区域进行重点关注.
（3）排气歧管等效塑性变形结果满足要求.参考文献：
[1]高娟莉. 发动机排气歧管的疲劳性能研究[D]. 西安： 西安理工大学, 2009.（编辑陈锋杰）第22卷 增刊22013年10月计 算 机 辅 助 工 程Computer Aided EngineeringVol.22 Suppl.2Oct. 2013