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基于子模型的汽油机排气歧管结构优化分析 齐洋 郭丽 景建敏 司庆九 曾庆强 卿辉斌 杨帆 摘要：本文针对某发动机排气歧管开裂进行热机耦合可靠性分析。分析结果表明危险区域与试验台架发生断裂破环的危 险区域相吻合。运用Abaqus 中的子模型分析方法, 针对开裂区域进行快速、高效的优化方案对比分析，选择热应力及应 变幅值最优方案。通过试验台架验证，排气歧管隔板开裂情况有明显的改善。有效的CAE 分析对项目开展及优化方案的 选择具有积极的指导意义。 关键词：排气歧管；开裂；子模型； 热疲劳 Structure optimization of engine exhaust manifold based on submodel Abstract : In this paper, thermal mechanical fatigue （TMF) analysis for engine exhaust manifold was carried out. The calculated results are agree well with cracks which observed for higher loaded engines testing. Sub models which provided by Abaqus are built around critical areas. Sub models are used for detailed shape optimization, which have the advantage that costing and time for each optimization cycle is reduced drastically. we choose the best solution that can obtain minimization of plastic strain range and thermal stress. Experimental data show that the predict cracks areas improved well . The effective CAE analysis is helpful to the farther improvement during project. Key words : exhaust manifold; crack; submodel; thermal fatigue 0 引言 发动机性能提高后，热负荷增加，排气歧管的失效案例增多。某发动机排气歧管开裂如图1 所示。 根据CAE 分析结果，可知裂纹为热疲劳引起的。本文针对开裂问题运用Abaqus 软件对排气歧管进行优 化分析。 C A B 图1 排气歧管失效图 [1] 对于排气系统热端分析，由于模型大，分析周期长，本文运用 Abaqus 提供的子模型方法 ，这种 方法在进行局部模型分析的时候，极大地减小计算量。通过此方法分析，对比方案的有效性，大大的加 快分析效率。图2 为排气歧管分析的流程。 1 结构优化 开裂位置为排气歧管出口隔板，此处为排气歧管温度最高的位置。在高温条件下，材料刚度主要指 弹性模量、强度指屈服及抗拉极限都在急剧下降，在相同载荷下的蠕变速率也增大，这些都会使排气歧 管高镍球铁材料产生很大的不可逆变形。不可逆的变形主要包含塑性变形和蠕变，尤其是在高温拉伸载 [2] 荷作用下，这种变形带来的开裂风险极大 。 解决这种开裂问题，主要根据排气歧管热变形，通过协调系统刚度的方法，降低开裂位置的温度梯 度及不可逆的塑变。此歧管开裂位置，由于出口法兰盘的刚度比较大，法兰盘对于出口分流隔板就如一 个约束，这个约束会使出口法兰盘与隔板的连接转弯处热应力过大。由于发动机的性能不变，故关注区