[01190601]发动机排气歧管疲劳特性及疲劳寿命预测研究

近年来,随着环保法规的不断加强以及发动机增压技术的普及等,发动机排气温度越来越高,甚至高达1000 ℃。排气歧管长期处于高温波动工作状态下,由于其结构复杂性易产生较大的温度梯度和热应力,造成排气 歧管热疲劳开裂,从而导致发动机无法正常工作。从结构受力上,排气歧管既承受自身质量产生的重力,还 承受到来自发动机机体和后处理系统传递过来的振动激励,易发生高温条件下的振动疲劳破坏,导致发动机 无法正常工作。因此,基于热-机-振动耦合的排气歧管疲劳破坏失效已成为制约发动机质量提升的主要问题之 一。汽车发动机排气歧管的疲劳损伤由多种因素（如热负荷、振动负荷、气流冲击、材料性能变化等）相互影响、互相耦合导致。同时,排气歧管还要保证较好的流通性能,以避免各气缸间的排气相互干扰,使废气尽可能的完全排出管外,并且还要兼顾排气系统后续部件的使用工况和可靠性。因此,发动机排气歧管疲劳特性及疲劳寿命预测研究是提高发动机排气系统质量水平的关键。 项目的研究原理和研究内容包括：（1）从材料特性发生改变的角度,研究温度对排气歧管材料性能的影响;（2）从热-机耦合分析角度,研究排气歧管热变形、热应力及应力应变分布规律;（3）从振动-热-机耦合分析角度,研究温度场、应力应变场、振频和振幅随时间的变化历程;（4）从多因素修正累计损伤理论角度, 研究排气歧管振动-热-机耦合条件下的疲劳特性。基于上述的振动-热-机耦合模型和算法,结合发动机典型工况下的排气状况,确定排气歧管振动-热-机耦合分析结果,确定排气歧管疲劳寿命分析的温度和应力应变谱。考虑温度、评价应力、应力集中系数、尺寸系数、制造工艺等因素的影响,根据Manson-Conffin疲劳寿命公式,基于多因素修正Miner累计损伤理论建立排气歧管疲劳寿命预测模型。预测发动机典型工况下排气歧管的疲劳特性,并对排气歧管结构参数及螺栓固定位置进行影响程度分析,实现排气歧管结构参数和螺栓固定点优化设计。 项目以发动机排气歧管为对象,通过试验研究、理论建模和数值模拟相结合,研究温度对排气歧管材料性能的影响,开发热-机-振动耦合模型和算法,实现排气歧管热-机-振动耦合行为的数值模拟,建立排气歧管疲劳寿命预测模型,分析结构参数的影响,为排气歧管的优化设计提供理论依据。