第26卷第5期 2005年10月 文章编号:1000-0925(2005)05-081-04

内 燃 机 工 程

ChineseInternalCombustionEngineEngineering Vol.26No.5Oct.2005

260109

内燃机排气歧管热应力分析

李红庆,杨万里,刘国庆,张 劲,周 浩(奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院,芜湖241009)

ThermalStressAnalysisofICEExhaustManifold

LIHong-qing,YANGWan-li,LIUGuo-qing,ZHANGJing,ZHOUHao

(CheryAutomobileCo.,Ltd.AERI,Wuhu241009,China)

Abstract:Thethermalstressofinternalcombustionengineexhaustmanifoldwascalculatedwiththe

fluid-structurecoupledsimulation.Atfirst,Theheattransferboundaryconditions,suchastheheattrans-fercoefficient,andthetemperatureoffluidboundarieswerecalculated.Thetemperaturefieldandthermal

stressofexhaustmanifoldwerecalculatedwithFEAtechnology.Theresultsshowthatthecrackinexhaustmanifoldistheplacewherethethermalstressismoregreat.Thesuggestionswerepresentedaccordingtothecalculationresult,andtheexperimentvalidatedthesimulationresults.

摘要: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。关键词:内燃机;流固耦合;排气歧管;温度场;热应力

KeyWords:I.C.Engine;Fluid-StructureCouple;ExhaustManifold;Temperature

Field;ThermalStress

中图分类号:TK402 文献标识码:A

1 概述

随着内燃机性能的不断提高,其零部件的热负荷也随之不断增大。排气歧管是发动机的主要受热件,工作热负荷大,热应力高,工作环境及其恶劣。某新开发的发动机在进行800h循环负荷试验时发生了排气歧管开裂的故障。为了解裂纹产生的原因,排除故障并提出改进建议,必须计算排气歧管的温度场和热应力。

在国内,对活塞温度场和热应力进行了较多的研究

[2~4]

[1]

经过了一百多次的试算,才使几个关键点的计算值和实测值接近,而且该法在产品设计阶段不能计算零件的热应力。

本文采用流固耦合方法来计算排气歧管的温度场及热应力。首先用FIRE软件计算排气歧管瞬态内流场(曲轴转角为0~1440 CA),得到排气歧管内壁面的瞬态对流换热系数和环境温度,再用时间平均的方法计算出内壁面稳态对流换热系数和环境温度;然后再模拟发动机台架试验的稳态外流场,得到排气歧管外壁面的对流换热系数和环境温度。在得到排气歧管内外壁面的环境温度和对流换热系数后,采用ABAQUS软件计算排气歧管的温度场和热应力。计算结果表明,采用流固耦合的方法可以快

,使用的方法是:首先实测几个关键点的温

度,然后反复调整热边界条件,使几个关键点的计算

值和实测值符合。这种方法计算量很大,文献[2]中

收稿日期:2004-02-48

作者简介:李红庆(1969-),男,硕士,主要研究方向为内燃机结构和流体分析,E-mail:lihongqing@mychery.com。