排气歧管失效诊断研究
设计研究
王艳军崔权部文睿张小矛单婷婷（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804）【摘要】针对发动机开发过程中排气歧管开裂的工程间题，采用AbaqusCAE建立了排气歧管及其相关部件的有限元模型，根据排气歧管裂纹试验规范模拟计算排气歧管瞬态温度场；随后进行排气歧管的瞬态流固耦合分析，计算结果表明排气歧管局部存在塑性应变过大的情况，与裂纹试验中排气歧管开裂位置吻合；经过局部结构优化，最终解决了该排气歧管的开裂间题。
[Abstract]According to the failure of exhaust manifold in the engine development, FEA model is set up by Abaqus CAE software to simulate the exhaust manifold system. The transient temperature and nolinear FEA analysis is applied according to exhaust manifold crack test. The simulation result shows that the PEEQ of some locations is larger than the guideline, which have good agreement with the crack locations in the test. The issue of exhaust manifold crack has been solved finally by means of local structure optimization.
【关键调】排气歧管失效塑性应变 doi:10. 3969/j. issn. 1007-4554. 2017.01. 05
便模拟排气歧管在试验工况下的塑性变形情况和
0引言
排气歧管是发动机的一个重要部件，工作环境温度极高，由于发动机的实际运行工况不断变化而承受冷热交变冲击，排气歧管的金属温度可以从常温在短时间内升高到900℃，同时也可以快速冷却。因此，排气歧管在工作过程中热负荷高、散热差、温度梯度大、变化急剧，极易引起热疲劳而导致开裂问题(1,2)。
运用Abaqus有限元中瞬态热传导方法模拟发动机工作过程中排气歧管的热负荷变化情况，得到贴近实际情况的排气歧管金属温度变化情况，随后将温度场数据插值到瞬态非线性热应力计算中，以
收稿日期：201601-07 上海汽车2017.01
热-机械疲劳特性。有限元模型包括排气歧管、螺柱、螺母、垫片和缸盖、增压器、支架等(34)。分析中使用了基于试验数据的排气歧管弹塑性材料属性，计算结果表明塑性变形是排气歧管开裂的一个主要原因；同时排气歧管法兰面的变形较大也会使垫片密封能力不足而导致漏气，与裂纹试验中排气歧管开裂及漏气位置吻合。通过对结果的分析改进，最终解决了排气歧管开裂漏气等复杂问题。研究技术路线见图1，排气歧管开裂位置见图2。
瞬态温度场计算
1CFD计算 1.1
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