[發明專利]一種排氣歧管熱機械強度的有限元分析方法

有效

• 申請號: 201210266489.8
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102855347A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 周君;王成;陳馨
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 張小虹

1.一種排氣歧管熱機械強度的有限元分析方法，其特征在于，采用如下步驟：

（1）計算額定工況下排氣歧管進出口處邊界條件；

（2）根據步驟（1）中計算得到的邊界，計算一工作循環下排氣歧管內流場，得到歧管內壁面的溫度及對流換熱系數；

（3）根據排氣歧管裝配模型劃分有限元網格

（4）計算排氣歧管溫度場分布；

（5）根據溫度場計算結果，求解排氣歧管由冷態裝配、工作溫度、降溫形成的試驗周期內排氣歧管的密封性、等效塑性應變分布及螺栓預緊力矩的變化率。

2.如權利要求1所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，進一步包括如下步驟：

（6）對結果進行評價；

（7）進一步優化排氣歧管結構。

3.如權利要求1或2所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（4）具體為：加入由CFD計算出的歧管內流場邊界與近似經驗邊界計算整機溫度場：部分缸蓋加入燃燒邊界與冷卻液邊界，將歧管內流場的溫度換熱系數映射到歧管內與流場接觸表面，歧管與部分缸蓋外壁面與外流場氣體之間存在對流換熱與熱輻射，加入經驗值的溫度與換熱系數，熱輻射系數與溫度，流體場與排氣歧管結構場耦合計算求解排氣歧管結構溫度場。

4.如權利要求1-3中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（1）中所述邊界條件為進口流量，溫度，出口壓力以及溫度。

5.如權利要求1-4中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（1）中采用一維熱力學boost進行計算，步驟（2）中采用3維CFD（Fire）進行計算。

6.如權利要求1-5中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（4）計算排氣歧管溫度場分布包括：部分缸蓋加入燃燒邊界、冷卻液及油路邊界；歧管外壁面及部分缸蓋外壁面加入外流場邊界；歧管外壁面與外流場熱輻射邊界；發動機一工作循環下排氣歧管內流場溫度及對流換熱系數均值。

7.如權利要求1-6中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟的（5）中，具體包括：計算排氣歧管外壁面與外流場的熱輻射；在歧管內流場熱邊界計算中，燃氣壁面先使用經驗值來計算初步的排氣歧管溫度場分布，然后將計算的壁面溫度值賦給燃氣壁面再次計算排氣歧管溫度場，依次循環計算直至溫度場穩定。

8.如權利要求2-7中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（6）中具體包括：按照試驗周期內形成的工況計算，并按照等效塑性應變評判排氣歧管可能出現熱裂的部位。

9.如權利要求1-8中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（3）中進一步包括：建立有限元模型，采用二階四面體單元進行網格劃分；CFD計算燃燒邊界和壁面冷卻液邊界；對整機進行有限元網格劃分，采用二階四面體單元，盡量保證離散模型與連續模型的貼合度。

10.如權利要求1-9中任一項所述的排氣歧管熱機械強度有限元分析方法，其特征在于，步驟（6）對排氣歧管熱機械強度分析結果評價具體包括：排氣歧管溫度場、冷/熱態下排氣歧管法蘭面密封性、螺栓預緊力變化、等效塑性應變；根據經驗值對相應結果進行評價。