重型商用车发动机进气管路强度分析

材料属性、边界条件和分析步等，导出inp文件作为耦合输入文件，在文件命令流的尾端添加耦合命令行，如图5所示。

在STAR-CCM+中设置进出口参数、停止标准和传递场函数，导入的场函数为节点位移场，导出至Abaqus的场函数为压力场，物理模型选择Co-simulation中的Abaqus协同仿真模块，并设置耦合输入文件路径与Abaqus执行文件路径，如图6所示。

通過计算可以得到进气管路内表面的压力分布图、速度流线图和连接管的整体变形图、应力云图和位移云图，如图7所示。从速度流线图可以看到，气流在弯管处会形成漩涡，回弯处内侧气流流速大于外侧流速，并且在接近出口处的平直管路呈螺旋状态，出口处有局部回流。从压力分布图可以看到，中间连接管段在回弯处，由于内侧气流流速比外侧快，所以内侧的压力大于外侧压力。连接管的变形与试验相同，第一危险应力点在支架处，为13.0NVIPa，第二危险应力点在管道回弯处，为11.01MPa。从位移云图可知位移较大处的位移分别为4.310mm，4.232mm，3.771mm。

三、计算结果对比分析

1.试验与均布载荷仿真计算结果对比

试验数值与均布载荷仿真计算的位移结果对比如表1所示，以试验值为基准值，仿真计算中进气口侧的管道位移偏小7.67%，这是由于加工工艺的缺陷，导致管道在制造过程中，壁面厚度分布不均，分型面处偏厚，中间壁面偏薄，而有限元模型的壁面分布均匀，因此在相同压力作用下，有限元模型的计算结果比试验位移值偏小。

2.流固耦合计算结果讨论

CFD仿真计算的优点在于其可以模拟并可以直观地看到气流在管道内的真实流动状态，可以很好地模拟出冲击、漩涡、螺旋及局部回流现象，同时也可以模拟流体的速度变化和管道内表面的压力变化。

流固耦合是一种结合CFD仿真和静力强度仿真的分析方法，在每个分析步内传递数据，结构在气流压力作用下变形，而流场又直接受到结构变化的影响，因此采用流固耦合方法进行发动机进气管路的强度分析更加接近实际工况，而且得到的数据也更加准确和精确。

流固耦合计算与均布载荷计算的结果对比如表2所示，以均布载荷计算结果为基准值，可以看到，两种分析方法的计算结果非常相近，对比值均在1%以内，且流固耦合方法结果偏小。本文研究的管道模型变形量较小，因此流固耦合方法的计算结果没有产生太大变化。

四、结语

（1）本文联合Abaqus和CFD分析软件，针对某重型商用车发动机进气管路进行了强度分析方法的研究，主要进行了极限工况下模型真空试验、施加均布载荷强度分析和流固耦合分析，通过对强度与刚度计算结果分析研究各计算方法的特点及优劣性。

（2）通过数据对比分析显示，在极限工况下，仿真结果较试验值偏小，台架试验模型存在加工工艺缺陷和人为试验误差，而仿真模型更加理想化，故仿真强度分析可作为模拟台架试验的手段。

（3）流固耦合分析方法结合Abaqus和CFD软件，能够模拟并直观地观察气流在管道内的真实流动状态，模拟气流的冲击、漩涡、螺旋及局部回流现象和流体的速度变化以及管道内表面的压力变化，同时在每个分析步内传递数据，结构在气流压力作用下变形，而流场又直接受到结构变化的影响，相比于均布载荷分析更接近发动机进气管路的实际工作工况，得到的数据也更加准确和精确。

（4）流固耦合分析方法可以作为发动机进气管路强度分析的一种重要手段。

推荐访问： 管路 发动机 强度 商用车 分析

---