发动机排气歧管流固耦合仿真.docx

第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2

2013年10月ComputerAidedEngineeringOct.2013

论文所属行业:汽车

发动机排气歧管流固耦合仿真

石勇，李斌，廖善权，袁晓军

（江铃汽车股份有限公司发动机开发部，江西省南昌市邮编330001）

摘要：应用AVL-firel软件与ABAQUS软件对某发动机排气歧管进行流固耦合仿真。首先对排气歧管材

料进行各温度下的材料试验，得到准确的材料在不同温度下的属性曲线。然后由AVL-firel软件与

ABAQUS软件进行流固耦合仿真得到排气歧管的温度场分布；最后进行排气歧管应力应变分析。仿真结

果与试验结果对比显示，塑性应变高的区域正是发生开裂的区域。

关键词：排气歧管；耦合；Abaqus;AVL-fire

中图分类号：TB115.1文献标志码：B

EngineExhaustManifoldFluid-SolidCouplingSimulation

SHIYong,LIBin,LIAOSanQuan,YUANXiaoJun

(1JiangLingmotorsLTD.enginedepartment.,Nanchang330001,Jiangxi,China;)

Abstract:Fluid-solidcouplingsimulationwascarriedoutwiththecodesofAVL-fireandAbaqus.Amaterial

testwasdonetogettheaccuratematerialpropertydependingontemperature.Temperaturedistributionwas

simulatedbyAbaqusandAVL-fire.Withthistemperaturedistributionandothermechanicalloadsstressand

straindistributionwerecalculated.Thelocationofmaximumplasticstrainoccurredcoincideswithfracture

spot.

Keywords：exhaustmanifold;coupling;Abaqus;AVL-fire

0引言

拟实验。文献[2]对活塞缸套进行了流固耦合仿真

与试验研究。文献[3]对排气歧管进行了热应力分

排气歧管是发动机上主要承受热负荷的零析并成功解决了开裂问题。

件之一，其内表面与高温燃气直接接触，工作环准确的材料属性和温度场分布是排气歧管应

境非常恶劣。随着发动机的小型化和性能不断的力-应变仿真分析的基石。本文对排气歧管材料进

提升，其承受的热负荷也不断的提高，发生开裂了高温下的材料属性试验，得到了较为准确的材

的失效故障也越来越多。图1为某发动机排气歧管料属性信息。温度场方面，采用流固耦合的方法，

在试验中出现开裂失效的情况。由于受到排气歧通过流体与固体的传热迭代，得到了较为准确的

管材料性能的限制以及发动机布置空间限制，一温度分布。而后结合其机械载荷，对排气歧管进

些发动机为了排气歧管的可靠性，不得不对燃气行冷热冲击仿真分析，得到排气歧管的应力、应

进行加浓，牺牲发动机性能来降低排气温度。因变得结果。

此，开发初期应用CAE手段对排气歧管的性能进行

仿真计算，对减小试验中出现失效风险有重要的

作用。

在CAE仿真计算中，与热相关的发动机零件，

诸如气缸盖、活塞、排气歧管等，分析流程与分

析方法都比较成熟。有许多学者和工程师对这些

零件的仿真做了研究。文献[1]对气缸盖、气缸垫、

气缸体、气缸盖等零件以及缸内气体、冷却介质

作为一个耦合体，进行燃烧室部件的传热数值模

收稿日期：2013-08-30

作者简介：石勇（1982—），男，汉族，重庆市人，本科，研究方向为发动机结构件仿真，(E-mail)shigreaty@163.com，0791-5267541

第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2

2013年10月ComputerAidedEngineeringOct.2013

图1排气歧管开裂

Fig.1Exhaustmanifoldcrack

1排气歧管流固耦合分析流程

图2是本排气歧管分析的流程图。首先由一

维整机性能仿真计算得到发动机各缸的排气温度

和质量流量。然后进行排气歧管内腔CFD计算进而

得