第40卷(2018)第1期结构与可靠性
柴油机 Diesel Engine
基于有限元仿真的船用单缸柴油机
排气管开裂分析及改进苗伟驰，陈黎俊，张华兵"，李丽婷，汤义虎
（1.七一一研究所，上海201108；2.海军装备部动力装备局，北京100037）
Vol. 40(2018)No. 1
摘要：针对某船用单缸柴油机排气管在试验过程中出现开裂的问题，采用有限元方法，考虑材料的非线性因素，对排气管部件进行约束模态计算及热机耦合和振动疲劳计算，分析引起排气管开裂的主要原因。结果表明：排气管开裂位置受温度梯度影响，处于应力集中的薄弱区域，当振动幅度较大时，安全系数过小，易发生疲劳破坏。通过在管接部件上增加支撑提高度，减小排气管振动，
避免了排气管疲劳开裂。后续试验验证了改进措施有效。关键词：单缸机；排气管；开裂；有限元分析
中图分类号：TK423.4*5
文献标识码：A
文章编号：10014357(2018)01002304
FEAAnalysisandOptimizationMethodoftheCrackingonExhaust
Pipes of a Single-Cylinder Diesel Engine
Miao Weichi',Chen Lijun’,Zhang Huabing',Li Liting',Tang Yihu(1. Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108; 2.PowerEquipment Bureau,Naval Equipment Department,Beijing 100037)
Abstract: A single-cylinder diesel engine met with cracking problem in its exhaust pipes during enduranc test. To solve this problem, taking material nonlinear factors into considerations, FEA simulation method was employed to carry out constraint modal analysis, thermal mechanical co-simulation and vibration fatigue calculation on exhaust pipes, in order to find out the causes of those cracks. The calculation result shows
that the crack position is influenced by the temperature
gradient, which is the stress concentrative area.
With the increase of vibration amplitude, the safety factor is te
small, and its easier to cause fatigue failure.
Adding a support bracket on the pipe is efficient to improve the stiffness and reduce vibration, thus could avoid fatigue cracks on exhaust pipes. The follow-up test verified the effectivity of this improvement method. Key words: single-cylinder engine; exhaust pipe; cracking; FEA
引言 o
排气管是发动机的主要受热零部件，承受高温废气作用，工作环境恶劣，容易发生破坏。车用发动机由于空间有限，排气歧管结构形状较为复杂、同时热负荷很高，通常采用大量仿真计算进行可靠性分析；而针对船用排气管的相关分析相对较少。
本文针对某船用单缸柴油机排气管在耐久试验
过程中多次出现开裂故障，通过热机耦合仿真方法，考虑材料随温度变化的非线性因素，结合实际工作状态对故障原因进行分析，并针对性地提出了改进措施。
排气管开裂问题分析 1
该单缸机排气系统主要包括排气管、排气弯管、
波纹管等部件。排气系统结构和开裂位置见图1。
收稿日期；2017-05-03；修回日期：2017-08-10
作者简介：苗伟驰（1988-），女，工程师，主要研究方向为发动机仿真分析，E-mail：miaosdu@163.com。