[发明专利]一种排气管的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种排气管的优化设计方法，通过对三维模型中排气管的温度场与其对应构造的排气管样件的试验测温结果进行标定，直至符合标定的吻合范围；保证了计算得出的三维模型中排气管的温度场与实际生产的排气管样件实际温度场保持基本一致，并且排气管的低周疲劳寿命是基于应力场参数及三维模型中排气管在不同温度下的材料损伤本构模型，而计算得出低周疲劳寿命，充分考虑到排气管在不同温度下的材料损伤行为，因此，采用该优化设计方法能够使得设计时计算得出的排气管的理论寿命更加准确，且更加接近排气管应用过程中的实际寿命。

技术领域

本发明涉及优化设计技术领域，尤其涉及一种排气管的优化设计方法。

背景技术

传统的排气管设计方法中，其对排气管的寿命计算是基于稳态工况下，评估排气管的应力幅值、等效塑性应变等，但实际应用过程中发现采用此方法计算得出的排气管的理论寿命与实际应用中排气管的实际寿命相差较大。

综上所述，如何解决排气管的设计方法存在排气管的理论寿命与实际寿命相差较大问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种排气管的优化设计方法，以解决排气管的设计方法存在排气管的理论寿命与实际寿命相差较大问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种排气管的优化设计方法，该优化设计方法包括：

步骤S1：构建排气系统的三维模型，获取该三维模型的气侧边界的温度及换热系数、水侧边界的温度及换热系数，并采用有限元网格MAP的方式作为三维模型中排气管的传热计算边界；

步骤S2：基于所述传热计算边界、所述气侧边界的温度及换热系数、所述水侧边界的温度及换热系数，采用瞬态计算方法得出三维模型中排气管的温度场，并将三维模型中排气管的温度场与对应构造的排气管样件的试验测温结果进行对标，以判断三维模型中排气管的温度场与试验测温结果是否符合标定的吻合范围：若是则进入步骤S3；若否则对三维模型中排气管进行形貌优化设计后重新返回步骤S1；

步骤S3：对三维模型中排气管进行瞬态热机耦合计算，以得出三维模型中排气管的应力场参数；

步骤S4：基于所述应力场参数及三维模型中排气管在不同温度下的材料损伤本构模型，计算得出低周疲劳寿命，并判断所述低周疲劳寿命是否满足目标值：若是则判定排气管的优化设计初步完成；若否则对三维模型中排气管进行形貌优化后重新返回步骤S1。

优选地，所述步骤S3中：所述应力场参数是基于三维模型中排气管的紧固件的预紧力，以及三维模型中排气管在冷热冲击下的气侧温度变化，对三维模型中排气管进行的瞬态热机耦合计算得出。

优选地，所述步骤S3中：所述三维模型中排气管在冷热冲击下的气侧温度变化至少参照4个冷热冲击循环的气侧温度变化。

优选地，该优化设计方法还包括：

步骤S5：制作优化设计初步完成的排气管样件，并对该排气管样件进行冷热冲击试验，以得出试验测试寿命，将试验测试寿命与步骤S4中计算得出的低周疲劳寿命进行对标，以判断是否满足标定寿命误差，若是则判定排气管优化设计完成；若否则对三维模型中排气管的形貌优化后重新返回步骤S1。

优选地，所述步骤S1中，通过CFD软件分析得出所述三维模型的气侧边界的温度及换热系数、水侧边界的温度及换热系数。

优选地，所述步骤S1中，所述气侧边界包括三维模型中排气管的气侧边界、三维模型中涡轮增压器的气侧边界和后处理设备的气侧边界。

优选地，所述步骤S1中，所述水侧边界包括机体的水侧边界和缸盖的水侧边界。

优选地，所述步骤S2中，所述三维模型中排气管的形貌优化方式具体包括排气管的壁厚优化、排气管的管径优化和排气管的外表面形状优化中的至少一种。