导　　师： 熊锐; 吴坚

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 催化器总成是发动机排气系统的重要组成部分之一,其源源不断地承受着来自发动机不同工况下的振动和热负荷的冲击。同时,随着大功率发动机的发展,排气平均压力和温度远远高于普通发动机,导致催化器总成热负荷越来越接近零件的疲劳极限。一旦排气热端发生耐久性故障,将导致发动机失效,维修和更换成本非常高,因此,针对催化器总成的热疲劳寿命研究具有重要意义。本文的主要研究内容如下:对催化器总成进行温度场仿真分析与验证。依据某乘用车型号,利用CATIA建立催化器总成三维模型;利用ANSA对模型进行几何前处理和划分面网格;利用STAR-CCM+划分多面体网格,并对催化器总成的边界条件等进行计算设置;对催化器总成进行了发动机全负荷的温度场台架试验,将温度场仿真结果与试验结果对比,发现两者最大误差出现在支架处（点G）,为8.2%,在企业标准认可的误差范围内（10%）,因此认为所建立的温度场仿真分析模型可信度高,可为低周热疲劳研究提供温度边界进行后续的研究。对催化器总成进行热循环仿真分析。将温度场仿真结果映射到催化器总成有限元模型;建立完整的催化器总成热循环仿真模型,Tmax由温度场仿真计算得出,Tmin由20℃代替;得到了最大等效塑性应变处在4个热循环周期计算过程中PEEQ和?PEEQ的变化状况,最大等效塑性应变位于催化器壳体上的隔热罩开孔边缘,4个热循环之后最大值为3.374%,为催化器总成低周热疲劳寿命预测提供重要参数。对SUS441催化器总成低周热疲劳寿命预测公式进行参数获取与试验对比。通过材料高温拉伸试验,得到SUS441材料在各试验温度下的试验数据;依据不同拉伸温度下的屈强比,得出温度在700℃以下时材料屈强比接近0.7,说明材料在重复塑性变形过程中变形抗力改变不明显,因此得到了参数修正后的寿命预测公式;通过催化器总成热冲击试验,得出修正公式（2013次）比经验通用公式（857次）更符合实际,并以2400次循环作为催化器总成的CAE标准,为样件改进提供理论指导。对催化器总成进行结构改进以及CAE验证。通过灵敏度分析得知催化器总成低周热疲劳寿命对催化器壳体厚度最敏感,其相对灵敏度高达87.3%,故提出将催化器壳体厚度改为2mm的改进方案;对催化器总成进行约束热模态分析,结果表明改进方案14阶约束热模态的固有频率值都大于发动机工作频率,所以改进方案与发动机之间不会发生谐振危害;针对改进方案进行温度场和热循环仿真分析,并结合寿命预测的研究结果,对改进方案的低周热疲劳寿命做出预测,结果表明改进方案的寿命预测为3579次循环,高于研究讨论的2400次循环标准,故改进方案通过了CAE仿真验证。更多还原

关 键 词： 催化器总成 寿命预测 低周热疲劳 [4455250]灵敏度

分 类 号： [U464.134.4]

领　　域： []