发动机排气歧管的振动特性研究及支撑结构改进

摘要

排气歧管是汽车发动机排气系统的重要部件，它的结构设计与发动机排气系统性能密切相关，不仅影响其排气效率，也关系到发动机的工作可靠性和使用寿命。由于排气歧管长期在高温下工作，在热负荷以及来自发动机和车体等振动的影响下，排气歧管会产生裂纹。本文即针对某型发动机排气歧管在工作过程中出现的裂纹现象，应用有限单元法，全面深入研究了其振动特性。
　　 本文首先建立了排气歧管的Pro/E三维模型，应用ANSYS有限元分析软件进行结构动态特性的分析，包括模态、谐响应分析以及利用结构动态试验装置测试该排气歧管的固有频率，并对软件分析计算的结果和试验测试的结果进行比较；其次，研究分析排气歧管出气口端弹性联接时的振动特性，并分析比较排气歧管不同的联接方式对其振动特性的影响；接着分析了高温下排气歧管的温度场分布规律，利用热-应力耦合的方法分析热应力并研究热应力对振动特性的影响；最后，通过对出气口端法兰结构的改进使得热应力得到了降低。
　　 通过本文的研究可见，试验测试的固有频率和软件分析的结果误差满足工程要求，从而验证了有限元分析模型的正确性以及分析方法的正确性和可靠性，为相关分析起到一定的指导作用。另外模拟了出气口端弹性联接时的吸振作用，为排气歧管的实际安装方式有了进一步的指导，同时证明了热应力的存在会降低结构的固有频率，因此研究振动特性时不能忽视。

目录

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摘要

1 绪论

1.1 排气歧管的介绍

1.1.1 排气歧管简介

1.1.2 排气歧管失效现象及研究现状

1.2 ANSYS软件的介绍

1.3 有限单元法

1.4 本文研究意义与内容

2 排气歧管的结构动力学特性研究

2.1 排气歧管的模态分析

2.1.1 模态分析

2.1.2 排气歧管的模态分析

2.1.3 共振特性的评判

2.2 排气歧管的动态特性试验

2.2.1 试验原理

2.2.2 试验设备

2.2.3 试验过程及结果分析

2.3 排气歧管的谐响应分析

2.3.1 谐响应分析

2.3.2 排气歧管谐响应分析结果

2.4 排气歧管固有特性的综合分析

2.5 本章小结

3 排气歧管的联接方式对其振动特性的影响

3.1 刚性联接的模态分析

3.1.1 一端法兰螺栓孔约束

3.1.2 两端法兰螺栓孔约束

3.1.3 结果分析

3.2 弹性联接的模态分析

3.2.1 弹性联接有限元模型的建立

3.2.2 弹性联接模态求解结果

3.3 各模态频率的比较及联接方式的影响

3.4 弹性联接瞬态动力学分析

3.4.1 结构的瞬态动力学响应

3.4.2 瞬态响应分析结果

3.5 本章小结

4 排气歧管的应力对振动特性的影响

4.1 静应力对其影响

4.2 热应力对其影响

4.2.1 热力学理论

4.2.2 热应力对振动特性的影响

4.3 本章小结

5 联接部位的结构改进

5.1 改进思路

5.2 改进结果及分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录