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论文所属行业:汽车

基于Abaqus的某柴油机排气歧管热固

耦合分析

樊明、范习民、姚炜、朱凌云、王军、张超、崔宁

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽省合肥市紫云路99号）

摘要：排气歧管在工作状态下，会承受很高的环境温度；而在较高的环境温度下，

金属材料的力学性能与热学性能通常会发生较大的变化[1]。本文通过添加实测的

各种部件材料随温度变化的性能参数，对某柴油机排气歧管热固耦合分析过程进

行了介绍，展现了主要使用AVL系列软件与Abaqus软件进行的排气歧管热固耦

合分析流程。

关键词：排气歧管，热固耦合，温度，力学性能，热学性能

Thermal-MechanicalCoupledAnalysisonsomeDiesel

ExhaustManifoldBasedonABAQUS

FanMing,FanXiMin,YaoWei,ZhuLingYun,WangJun,ZhangChao,CuiNing

（TechnologyCenterofJianghuaiAutomobileCO.，LTD.，Hefei，230601，China）

Abstract：Theexhaustmanifoldwillendureveryhighenvironmenttemperatureinworkingstate,

whenthemetalmaterialmechanicalandcalorificsperformanceswillchangeobviously.This

articleintroducedthethermal-mechanicalcoupledanalysisprocessonsomedieselexhaust

manifoldviaaddingmeasuredperformanceparameterswhichchangedwithdifferenttemperatures,

inordertoexhibitthethermal-mechanicalcoupledanalysisflowusedAVLseriessoftwareand

Abaqus.

Keywords:ExhaustManifold；Thermal-MechanicalCoupled；Temperature；Mechanical

Performance；CalorificsPerformance

0引言1介绍

排气歧管是发动机主要受热零件，与高进行热固耦合分析，必须要获得包括排

温燃气直接接触，承受较高的温度，工作环气歧管内外流场的温度与对流换热系数边

境恶劣。如果排气歧管受热时引起的变形过界，再使用FEA软件进行热应力、密封性

大，会造成漏气，使内燃机无法正常工作。和残余应力应变分析等。

因此对排气歧管热固耦合分析很必要。首先通过BOOST计算出排气歧管的进

1

出口边界条件；然后将边界条件应用于CFD管子9—12代表排气歧管和气道，通过气道

计算中，通过FIRE计算排气歧管的内流场将气引到容腔PL2，再通过管13连接到增

（瞬态）以及外流场（稳态），得到歧管内压器TC1，经管14连接到消声器PL3，然

外壁面的温度以及对流换热系数分布，进行后经管15，通过SB2流向大气。

时域平均后，将结果映射到FEM的网格上；

最后通过Abaqus对歧管总成进行了热固耦

合分析，对设计方案进行评估。

排气歧管耦合分析考虑了排气歧管螺

栓预紧力与热应力，主要分析以下几项内

容：

?排气歧管温度场分布；

图2Boost计算模型图

?排气歧管垫片密封性分析；

随着发动机工况的改变，燃烧放热规律

?热应力分析与残余应力应变分析。

也是随着变化的，并且燃烧特性的好坏对发

其主要分析流程见下图1：

动机性能有很重要的影响。热力学循环计算

需要输入燃烧热量释放率曲线。在数学上，

该曲线可以通过VIBE函数来模拟，VIBE

函数的主要参数为燃烧区间和形状参数。燃

烧热量释放率曲线影响缸内压力和温度，从

而就影响了循环效率、爆发压力和排气温

度。计算获得相应位置的瞬态流量、压力和

温度分别作为歧管的进出口边界条件。

2.2FEA模型创建

分析模型包括模拟缸盖、排气歧管螺栓

图1分析流程图

和排气歧管。使用Hypermesh对模型进行网

2热固耦合分析流程

格划分。在传热分析中实体单元类型选择

2.1Boost性能仿真

DC3D4，面单元选择DS3。强度分析时单元

下图2是发动机的B