某重型柴油发动机排气歧管优化设计

某重型柴油发动机在进行发动机可靠性耐久试验过程中出现了排气歧管管壁开裂。对排气歧管开裂潜在的根本原因进行了系统性排查,找出了排气歧管开裂的根本原因:高温废气长时间冲刷排气歧管管壁导致局部热态机械疲劳。根据分析的失效原因提出了优化方案。应用计算机辅助工程软件分别对原设计和优化方案在相同边界条件下进行热态机械疲劳对比分析,结果表明,优化方案改进效果显著。优化方案的合格样件通过了发动机可靠性耐久试验及其他耐久试验。     

应用FEA-CFD耦合方法对某增压柴油机排气歧管的开裂失效分析及设计改进

针对某直列四缸增压柴油机排气歧管在台架耐久试验中出现开裂现象,应用有限元(finite element analysis,FEA)-计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合方法对排气歧管进行了热应力分析。排气歧管热应力分析模型中的材料性质随着温度变化的关系由试验测定;在相应发动机工况下对模型预测的温度场和台架上测量的排气歧管温度进行对比,以对模型进行标定。应用标定后的模型分析排气歧管在给定热负荷条件下的应力-应变分布。FEACFD耦合分析结果表明:发生开裂的区域为高塑性应变区,从而推论导致排气歧管开裂原因为热力耦合应力作用下产生的塑性变形,即失效形式为热机械疲劳。以等效塑性应变作为塑性变形的度量及许可的等效塑性应变经验值为判据对排气歧管进行了设计改进,并从三种改进方案中找出最安全的方案进行试验验证,改进后的排气歧管顺利通过发动机台架耐久试验考核。     

排气歧管热应力模拟计算及缸盖边界条件影响的分析

针对某型号柴油机在热冲击试验过程中排气歧管出现裂纹的问题,利用软件仿真技术进行了排气歧管的热应力模拟计算,分析了产生裂纹的原因。探讨了缸盖建模方法及缸盖设定温度对排气歧管热应力计算的影响。计算结果表明,缸盖限制了排气歧管的自由变形,在排气歧管裂纹出现部位产生较大的应力;在发动机冷热冲击试验时,排气歧管温度的变化造成热应力随之发生变化,导致排气歧管因热疲劳产生裂纹失效;采用简化的缸盖模型与完整缸盖模型所得的排气歧管热应力分布趋势一致,可用于排气歧管的热应力计算。     

汽油增压发动机排气歧管隔热罩开裂故障分析

某四缸汽油增压发动机在搭载某款SUV整车耐久试验过程中,排气歧管隔热罩出现开裂现象,通过分析此隔热罩的共振特性、应用环境、疲劳因素,结果表明隔热罩开裂不是由共振原因,而是由于起筋处疲劳应力超过了其材料的屈服极限,在整车耐久变工况的冷热冲击下受排气歧管热膨胀量变化,产生撕裂。通过对比标杆机隔热罩筋结构,采用消减起筋位置应力,根据整车试验标准计算失效时间及CAE中的疲劳因子分析进行校正方案设计,整改后通过整车耐久试验。     

某四缸柴油机排气歧管开裂故障分析

针对某四缸机排气歧管在可靠性试验中出现开裂故障,从铸造缺陷、化学成分、硬度及金相组织等方面进行分析,并提出了改进方案。用ABAQUS软件对原方案及改进方案进行了温度场和热应力计算分析,分析结果表明:排气歧管开裂故障系热应力过大造成。改进方案已得到试验验证。     

涡轮增压汽油机排气歧管螺母松动仿真与试验研究

针对涡轮增压汽油机冷热循环试验中排气歧管螺母松动进行仿真分析,计算出不同工况下的变形和排气歧管垫片密封情况。结果表明排气歧管膨胀后与螺母产生相对变形,相对变形导致排气歧管螺母安装面受力不均匀。排气歧管螺母安装面在高温条件下,局部受力过大产生塑性变形,造成排气歧管螺母与排气歧管接触面产生间隙(接触面张开量),加上排气歧管冷热变化条件下会与排气歧管螺母产生相对滑动,进而导致螺母松动问题出现。本文还对比了不同螺柱轴力下排气歧管螺母安装面的塑性变形量和接触面的张开量,在减小螺柱轴力后,排气歧管螺母安装面的塑性变形量和接触面的张开量明显减小。为了验证分析结果,在保持螺母拧紧力矩不变的条件下通过改变螺母和螺柱表面处理方式来减小螺柱轴力,经过试验验证,没有再出现螺母松动问题。     

排气歧管—催化器总成断裂故障的分析与改进研究

对某四缸汽油发动机排气歧管-催化器总成在台架上出现的"出气端锥与尾管连接处断裂"的问题进行原因分析并制定解决对策。结合仿真和实验的数据,最终确定了失效的根本原因为台架的搭建形式导致排气歧管—催化器总成振动量超标。随后制定出有效的台架搭建改善方案,降低了排气歧管—催化器总成在试验过程中的振动量,解决了排气歧管-催化器总成在台架上断裂失效的问题。     

基于流固耦合方法排气歧管热机械疲劳分析

柴油机功率的不断提升,排气温度也相应升高,排气歧管须承受更高的热负荷,从而可能导致其热机械疲劳失效。在设计初期阶段可通过计算机辅助工程(CAE)分析工具执行一系列虚拟模型仿真验算以验证设计方案的可行性和潜在风险,而非花费高额成本和大量时间针对实际样品进行测试验证。采用瞬态传热计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析和实体壁面温度相映射的方法模拟排气流经排气歧管时流动分离情况,经CFD和有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)之间的耦合迭代后,根据热机械计算结果,即温度场、应力和塑性应变参数监测歧管结构设计缺陷,然后选择合适的材料属性和评估关键位置潜在开裂风险,最后依据各方案计算结果制造出排气歧管样件,在试验台架上进行整机耐久性测试,试验中未出现开裂失效,研究结果表明采用热机械疲劳分析方法可有效预测排气歧管疲劳潜在失效并为结构设计变更提供指导。     

某涡轮增压发动机排气歧管紧固螺栓断裂的原因分析

某涡轮增压发动机在进行循环耐久试验中,由于不合理的结构设计导致排气歧管紧固螺栓发生断裂的故障。我们通过质量检测、CAE分析的方法确认了排气歧管紧固螺栓断裂的问题是由于排气歧管关键部位的高温蠕变和排气歧管定位孔设计不合理导致。通过实验验证的方法,确认了排气歧管结构优化和定位孔优化可以减小排气歧管关键部位热变形对紧固螺栓的挤压剪切,从而解决紧固螺栓断裂的问题。     

发动机排气歧管稳流试验研究

为了分析排气歧管各支路的压力损失,本文对排气歧管进行了稳流试验,并建立了排气歧管的三维实体内流场结构模型,应用计算流体动力学（CFD）三维软件AVL-FIRE仿真了试验条件下排气歧管内流场。由仿真得到的排气歧管进出口压力损失与试验结果具有较好的一致性。对引起排气歧管各支路压力损失差异的原因进行了分析,为排气歧管进行优化提供可靠的依据。     

汽车排气岐管热机械疲劳CAE分析方法

通过研究一种应用于发动机歧管设计的CFD与FEA耦合分析技术方法,模拟分析发动机歧管在特定工况下的热一机械疲劳特性,依据一个直列四缸发动机排气歧管热一机械疲劳分析结果,合理改善热机械疲劳强度风险较高地方的结构设计,有效提升产品热机械疲劳强度和开发效率,降低产品设计中的耐久试验次数与成本。     

Thermal analysis of nanostructured alumina stabilized zirconia coating on exhaust manifold

Rapid rise in pollution has increased the number of automobiles usage worldwide. The exhaust manifold is an important part in the automobile since it acts as a passage for the transport of exhaust gases from the combustion chamber to the atmosphere. It is a sensitive component since it handles high-temperature exhaust gases. Continuous exposure of high-temperature exhaust gas may cause thermal stress which decreases the life of the exhaust manifold. Cast iron or steel is the most common material used for exhaust manifold. The present study deals with the improvement of material properties of exhaust manifold. In order to optimize the cast iron properties such as thermal conductivity and corrosion resistance, a zirconia-based nanocomposite coating such as alumina stabilized Zirconia (ASZ) can be coated on both sides of the exhaust manifold, instead of replacing the whole material. By coating nano structured ASZ, the amount of heat flow from exhaust gases to the exhaust manifold is decreased, thereby reducing the thermal fatigue. The method of coating can be achieved by radio frequency Magnetron sputtering technique. A steady-state thermal analysis is performed by simulation approach using ANSYS R17.2 to validate the output in the numerical approach. The results obtained shows that ASZ nanocomposite coating acts as an efficient thermal barrier coating for the exhaust manifold thus increasing its reliability.     

微型汽车发动机排气系统优化设计——基于流体数值模拟的应用研究

为了研究排气系统设计对整机的动力性、经济性及排放性能的影响,通过一维三维的数值模拟方法,分析了原排气歧管存在的排气干涉的问题,对新旧设计进行了一维模拟计算对比。利用CFD/FEM耦合方法,计算了在最大功率点排气歧管的温度分布及热应力分布。通过三维CFD计算,分析了氧传感器位置气流分布及催化转化器前端气流均匀性。制造排气系统实物并进行台架试验,结果表明整机性能有了显著的提高,并且耐久性与排放符合设计要求。     

增压柴油机排气压力波的对比试验研究

为了对某增压六缸发动机的性能做进一步的改进,对其涡轮入口处和排气支管出口处的排气压力波变化规律进行了试验研究.试验结果表明,涡轮入口处和排气支管出口处的排气压力波平均值变化规律相同:在不同的负荷特性下,排气压力波平均值都随着扭矩的增大而增大;不同转速下相同扭矩测试点的排气压力波平均值,都随着转速的增大而增大.在不同的负荷特性下,涡轮入口处和排气支管出口处的排气压力波强度变化规律不相同,涡轮入口的压力排气波强度要大于排气支管出口处的排气压力波强度.     

模态分析在排气歧管支架开发中的应用

主要研究典型的排气歧管催化器支架的开发。发动机耐久性试验失效,靠近发动机排气端的失效主要与支架失效有关。通过应用NVH理论知识,以及材料的疲劳理论,采用CAE及试验的方式,主要是排气歧管催化器模态分析,将排气歧管的结构模态频率提高到避开发动机的共振频率。介绍了支架的模态分析过程以及谐振试验,进行了耐久性验证,并归纳总结成完整方法作为设计参考。     

基于CFD模拟的某低速柴油机排气集管结构优化设计

为判断某低速柴油机排气集管设计的合理性,对该排气集管的内部流场进行了 CFD分析.分析表明:原始排气集管结构设计存在问题.对此进行了优化改进.优化前后的CFD对比分析表明:优化后排气集管内部流道得到改善,内截面速度均匀性提高,压力损失减小,排气集管整体性能得到明显提高.     

排气歧管结构对发动机性能影响研究

为实现某发动机轻量化及改善其性能,将该发动机排气歧管的材料由铸铁改为不锈钢,改变排气总管长度（排气歧管与催化器一体化）和结构布置。通过UG建模,将模型进行抽壳和离散化处理后,运用GT—POWER软件对该发动机不同排气歧管设计方案进行分析。结果表明,仅改变排气歧管材料或排气歧管催化器一体式对发动机性能影响不大,但可满足轻量化要求,改变歧管结构布置（歧管出口连接方式、歧管长度）,发动机性能可获得有效提升。     

脉冲排气系统三维非定常流动的计算研究

采用三维非定常流动计算对某大功率六缸柴油机的脉冲排气系统进行了研究。计算物理模型采用Fluent多面体网格单元,排气管进口边界条件由发动机工作过程模拟软件GT-Power给定,湍流模型采用标准k-ε模型;结合对排气管开启、关闭时刻点以及排气最大流量点的分析,探讨了该脉冲排气系统的流动特性;并提出了优化方案。