本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣歧管仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種排氣歧管熱疲勞壽命的檢測方法。

背景技術(shù)：

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管零件工作時(shí)承受著高溫的排氣流沖擊，材料溫度會(huì)達(dá)到很高，在不同的工況下，排氣歧管材料的溫度在400~800℃之間變化，使得排氣歧管極易因熱疲勞而發(fā)生開裂等故障?，F(xiàn)有的排氣歧管耐久性能的驗(yàn)證大多是通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架冷熱沖擊試驗(yàn)來完成的，試驗(yàn)所用的樣件多是軟模具或手工加工制成的，一旦試驗(yàn)過程中零件出現(xiàn)失效故障，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、修改模具或重新開模，這種零件開發(fā)驗(yàn)證模式會(huì)造成極大地資源浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)延長開發(fā)周期。隨著CAE仿真模擬技術(shù)引入到汽車開發(fā)領(lǐng)域，此時(shí)需要一種能夠模擬驗(yàn)證排氣歧管壽命的仿真方法，來降低開發(fā)成本和周期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種排氣歧管熱疲勞壽命的檢測方法，通過仿真的方法可以模擬出排氣歧管的熱疲勞壽命，該模擬方法接近排氣歧管的實(shí)際工況，結(jié)果比較準(zhǔn)確且操作簡單，極大地節(jié)約了開發(fā)成本和周期。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：該排氣歧管熱疲勞壽命的檢測方法，其技術(shù)要點(diǎn)是，包括以下步驟：

步驟1)通過發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-Power創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)一維模型，得到曲軸轉(zhuǎn)角范圍為0°CA~1440°CA的排氣歧管進(jìn)口的質(zhì)量流量和入口溫度，同時(shí)得到出口的壓力和溫度，作為CFD所需的排氣歧管進(jìn)出口邊界條件；

步驟2)利用Hypermesh軟件創(chuàng)建排氣歧管內(nèi)流場CFD網(wǎng)格模型；

步驟3)利用CFD仿真軟件Star CCM+得出排氣歧管壁面換熱系數(shù)和流體溫度分布，利用時(shí)間平均法得到內(nèi)壁面穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱系數(shù)和溫度場，并將其直接映射到內(nèi)壁面上作為下一步驟的邊界條件，檢測輸入的排氣歧管進(jìn)出口邊界條件為發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-Power得到的結(jié)果，壁面邊界條件給定恒定的溫度1000K，排氣歧管內(nèi)流場瞬態(tài)控制方程采用可壓縮N-S方程，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型；

步驟4)將上一步得到的溫度場數(shù)據(jù)映射到有限元分析軟件Abaqus中，對(duì)排氣歧管總成進(jìn)行熱強(qiáng)度仿真分析，預(yù)估排氣歧管的溫度場和應(yīng)力應(yīng)變，作為下一步的熱強(qiáng)度模型；

步驟5)將熱強(qiáng)度模型再次輸入到有限元分析軟件Abaqus中，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架冷熱沖擊試驗(yàn)工況對(duì)排氣歧管進(jìn)行循環(huán)的熱疲勞預(yù)估，冷熱沖擊試驗(yàn)的工況為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速溫度—全速全負(fù)荷溫度—發(fā)動(dòng)機(jī)怠速溫度的循環(huán)模式，單循環(huán)的周期為1min-30min-5min。將這一循環(huán)規(guī)則輸入到Abaqus軟件中，經(jīng)過多次循環(huán)得到排氣歧管穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變曲線；

步驟6)基于等效應(yīng)變法，得到循環(huán)滯后曲線的平均應(yīng)力和應(yīng)變，判定排氣歧管的危險(xiǎn)區(qū)域；

步驟7)利用Manson-Coffin法得到危險(xiǎn)區(qū)域疲勞壽命；

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)際的高度結(jié)合，首先發(fā)動(dòng)機(jī)一維仿真模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況得到排氣歧管進(jìn)出口邊界條件；其次，利用CFD換算得到排氣歧管內(nèi)壁面穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱系數(shù)和溫度環(huán)境；再次，利用有限元仿真軟件模擬排氣歧管的真實(shí)工作環(huán)境，得出排氣歧管的溫度場和應(yīng)力應(yīng)變；接著，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架冷熱沖擊試驗(yàn)工況對(duì)排氣歧管進(jìn)行熱疲勞預(yù)估；最后，根據(jù)熱疲勞預(yù)估結(jié)果對(duì)排氣歧管的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行壽命估算，為排氣歧管設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。在排氣歧管設(shè)計(jì)前期就可以對(duì)設(shè)計(jì)方案的強(qiáng)度和壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)，與實(shí)際情況非常相符，極大的降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、成本和周期。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1，通過具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容。該排氣歧管熱疲勞壽命的檢測方法包括以下步驟：

步驟1)通過發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-Power創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)一維模型，得到曲軸轉(zhuǎn)角范圍為0°CA~1440°CA的排氣歧管進(jìn)口的質(zhì)量流量和入口溫度，同時(shí)得到出口的壓力和溫度，作為CFD所需的排氣歧管進(jìn)出口邊界條件；

步驟2)利用Hypermesh軟件創(chuàng)建排氣歧管內(nèi)流場CFD網(wǎng)格模型；

步驟3)利用CFD仿真軟件Star CCM+得出排氣歧管壁面換熱系數(shù)和流體溫度分布，利用時(shí)間平均法得到內(nèi)壁面穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱系數(shù)和溫度場，并將其直接映射到內(nèi)壁面上作為下一步驟的邊界條件，檢測輸入的排氣歧管進(jìn)出口邊界條件為發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-Power得到的結(jié)果，壁面邊界條件給定恒定的溫度1000K，排氣歧管內(nèi)流場瞬態(tài)控制方程采用可壓縮N-S方程，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型；

步驟4)將上一步得到的溫度場數(shù)據(jù)映射到有限元分析軟件Abaqus中，對(duì)排氣歧管總成進(jìn)行熱強(qiáng)度仿真分析，預(yù)估排氣歧管的溫度場和應(yīng)力應(yīng)變，作為下一步的熱強(qiáng)度模型；

步驟5)將熱強(qiáng)度模型再次輸入到有限元分析軟件Abaqus中，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架冷熱沖擊試驗(yàn)工況對(duì)排氣歧管進(jìn)行循環(huán)的熱疲勞預(yù)估，冷熱沖擊試驗(yàn)的工況為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速溫度—全速全負(fù)荷溫度—發(fā)動(dòng)機(jī)怠速溫度的循環(huán)模式，單循環(huán)的周期為1min-30min-5min。將這一循環(huán)規(guī)則輸入到Abaqus軟件中，經(jīng)過多次循環(huán)得到排氣歧管穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變曲線；

步驟6)基于等效應(yīng)變法，得到循環(huán)滯后曲線的平均應(yīng)力和應(yīng)變，判定排氣歧管的危險(xiǎn)區(qū)域；

步驟7)利用Manson-Coffin法得到危險(xiǎn)區(qū)域疲勞壽命。