针对某直列四缸增压柴油机排气歧管在台架耐久试验中出现开裂现象,应用有限元(finite element analysis,FEA)-计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合方法对排气歧管进行了热应力分析。排气歧管热应力分析模型中的材料性质随着温度变化的关系由试验测定;在相应发动机工况下对模型预测的温度场和台架上测量的排气歧管温度进行对比,以对模型进行标定。应用标定后的模型分析排气歧管在给定热负荷条件下的应力-应变分布。FEACFD耦合分析结果表明:发生开裂的区域为高塑性应变区,从而推论导致排气歧管开裂原因为热力耦合应力作用下产生的塑性变形,即失效形式为热机械疲劳。以等效塑性应变作为塑性变形的度量及许可的等效塑性应变经验值为判据对排气歧管进行了设计改进,并从三种改进方案中找出最安全的方案进行试验验证,改进后的排气歧管顺利通过发动机台架耐久试验考核。
文章采用轴系多体动力学MBD(multi-body dynamics)与有限元FEA(finite element analysis)耦合分析方法,建立了轴系动力学模型和主轴承壁强度分析模型。通过轴系动力学分析了发动机典型特征工况下的轴承载荷,有限元分析采用轴承载荷最恶劣的工况进行缸体主轴承壁强度计算,并以此为依据对主轴承壁进行结构优化设计。计算结果表明:优化后的主轴承壁强度明显改善,主轴承壁的最小高周疲劳安全系数满足设计要求。
