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1、某汽油機排氣熱端有限元分析及優(yōu)化改進(jìn)李相旺,張繼明,張志明,張松,王偉民尹曼莉(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心,湖北省武漢市,430058)摘要:某汽油機開發(fā)過程中,排氣熱端在整車八萬公里試驗中催化劑殼體支架發(fā)生開裂,而在該汽油機搭載的老款車型整車試驗過程中沒有出現(xiàn)該現(xiàn)象。對比新老款車型排氣熱端和整車試驗工況并通過仿真計算發(fā)現(xiàn),排氣熱端一階模態(tài)低于發(fā)動機二階點火激勵頻率,整車高環(huán)耐久試驗時發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)間正好跟排氣熱端一階模態(tài)對應(yīng)共振轉(zhuǎn)速重合,焊接
2、支架因共振而發(fā)生開裂。因為開發(fā)節(jié)點和空間布置原因,在原機型上采用保守方案,即在催化劑殼體支架和其連接支架螺栓孔連接處焊接減振單元,減小支架應(yīng)變。在改進(jìn)機型上對缸體支架重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,提高整個排氣熱端一階模態(tài),使其避開發(fā)動機二階共振轉(zhuǎn)速。試驗表明,保守方案和改進(jìn)方案均解決了支架開裂問題。通過該問題的分析及解決,積累了排氣熱端仿真、設(shè)計及試驗經(jīng)驗。關(guān)鍵詞:汽油機;排氣熱端;開裂;模態(tài);減振單元;中圖分類號:U464.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B熱端溫
3、度場分布如圖3所示。圖3排氣熱端溫度場分布從圖3可看出,各歧管管件溫度較高,缸蓋和各支架溫度較低,其中焊接支架溫度明顯高于缸體支架,溫度分布趨勢基本合理。得到排氣熱端溫度場后就可以進(jìn)行模態(tài)分析,排氣熱端模態(tài)分析必須考慮溫度影響是因為熱端溫度整體較高,而金屬材料在高溫時其物理力學(xué)性能會發(fā)生很大變化,如圖4所示??梢钥闯鲭S著溫度升高,材料彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、膨脹系數(shù)等都會發(fā)生明顯變化,而這些參數(shù)都會對模態(tài)結(jié)果有影響。圖4材料力學(xué)特性
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