基于双向流固耦合的汽油机排气歧管热应力分析

联合AVL-Fire与ABAQUS软件,对一台汽油机排气歧管进行温度场、热应力分析.首先利用AVL-Fire对排气歧管做内外流场CFD分析,得到排气歧管内外表面的热边界条件,即流体温度及换热系数;然后把热边界条件映射到有限元面单元,并通过有限元技术与排气歧管实体单元相耦合,通过ABAQUS算出排气歧管温度场,并把壁面温度场返回作为下一轮CFD计算的边界条件,再重复前一轮计算.如此反复,直至符合精度要求,最后计算热应力.     

CFD_FEA方法在热端焊接支架设计中的应用

某新设计的排气热端在发动机台架热冲击试验中出现了隔热罩固定支架焊接根部开裂的现象.首先运用CFD分析计算出排气热端内表面的温度边界条件,然后以此为边界条件,使用有限元软件ABAQUS计算得出排气热端外表面的温度场;接着运用ABAQUS软件以外表面温度场为边界条件,对失效部位进行交变温度下的Delta-PEEQ计算分析.计算结果表明焊接开裂处的Delta-PEEQ超过了极限值,根据计算结果改进设计了支架结构和焊接部位,经过发动机台架热冲击试验证明改进措施是有效的.     

内燃机排气歧管热应力分析

采用流固耦合方法计算了内燃机排气歧管的热应力。首先，计算了排气歧管的瞬态内流场和稳态外流场，得到了排气歧管内外壁面的对流换热系数和环境温度，再用有限元的方法计算了排气歧管的温度场和热应力。计算结果表明，排气歧管裂纹产生处就是热应力最大处，根据计算结果提出了改进建议，经试验验证改进措施是有效的。     

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。     

某汽油机排气歧管热机疲劳分析

建立了由额定转速全负荷、额定转速倒拖、怠速三个典型工况组成的排气歧管热载荷循环,采用有限元方法来获得各工况下排气歧管的瞬态温度场分布,并进行了非线性应力应变计算。最后,以排气歧管材料在热载荷循环中产生的等效塑性应变作为评价准则,对该排气歧管的热机疲劳性能进行了预测和评价。分析结果表明:该排气歧管设计满足使用要求。     

发动机排气歧管总成热应力及疲劳计算

本文以某型排气歧管总成为研究对象,建立了排气歧管总成固体与内部烟气以及外部空气的对流换热模型,运用Fluent软件对排气歧管内外流场进行数值模拟,在Abaqus软件中进行排气歧管固体的温度场和应力场的计算,并且运用Femfat软件对排气歧管进行疲劳计算。     

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。     

大功率机车柴油机气缸盖热负荷研究

对R16V280ZJ型柴油机额定工况和部分负荷工况气缸盖底板的温度分布进行了试验研究,并对气缸盖进行了额定工况下温度场、热流量场、热变形和热应力的有限元分析。结果表明,温度场计算结果与试验结果基本吻合,排气门过桥处存在较大的热负荷。     

某增压发动机排气系统热固耦合分析

针对发动机排气系统漏气质量问题进行排气歧管及增压器温度场测量试验,将试验温度数据对标仿真分析排气歧管气体温度边界,控制平均误差为1.1%。通过对发动机全负荷-部分负荷-怠速工况的循环热加载,模拟排气系统在交变循环热工况下的抗疲劳破坏性能,并得出主要结论:排气歧管分管与总管交汇处温度最高,其在热循环交变载荷作用下,该位置的累积塑性变形最大,最易发生疲劳损伤,从而产生裂纹,应在保证排气歧管排气效率的前提下,尽可能增大该区域结构刚度,减小产生的热变形。     

流固耦合分析在解决排气歧管热变形问题中的应用

某发动机的排气歧管在试验过程中出现了翘曲变型的情况。本研究利用流固耦合的方法模拟了排气歧管全速全负荷的温度场和热变形,并在此基础上提出了优化方案。优化后的设计方案顺利通过了试验考核。