我國(guó)目前是世界第一大汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó),隨著國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,為了使汽車(chē)催化劑快速達(dá)到工作溫度,三元催化器的位置越來(lái)越靠近排氣熱端。三元催化器由此受到的熱負(fù)荷也更加嚴(yán)重,熱疲勞問(wèn)題越來(lái)越突出。某車(chē)型三元催化器總成處于設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段,在搭載發(fā)動(dòng)機(jī)的熱沖擊試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)三元催化器總成進(jìn)氣管處有漏氣、開(kāi)裂現(xiàn)象,導(dǎo)致三元催化器總成的熱沖擊試驗(yàn)不通過(guò),達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。本文針對(duì)上述問(wèn)題,基于ANSYS Workbench軟件,建立了三元催化器熱流固耦合分析模型。通過(guò)仿真分析,找到了三元催化器開(kāi)裂的原因。優(yōu)化了三元催化器結(jié)構(gòu),提高了三元催化器熱疲勞強(qiáng)度。最終使該三元催化器通過(guò)了熱沖擊試驗(yàn),滿足使用要求。本文的主要工作包括:1、對(duì)三元催化器失效件進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)開(kāi)裂區(qū)域的材料分析和焊縫檢測(cè),判斷開(kāi)裂是由熱疲勞導(dǎo)致。因此提出了三元催化器熱疲勞分析方案,設(shè)計(jì)了三元催化器熱流固耦合分析技術(shù)路線圖。2、在ANSYS Workbench軟件平臺(tái)中建立了三元催化器熱流固耦合仿真模型。對(duì)三元催化器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析和仿真計(jì)算,得到了三元催化器總成內(nèi)流場(chǎng)的溫度和壓力分布。將流體計(jì)算得到的熱負(fù)荷作為三元催化器內(nèi)壁面的邊界條件,... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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三元催化器結(jié)構(gòu)模型

上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 三元催化器熱疲勞分析方案熱疲勞過(guò)程比普通的振動(dòng)疲勞過(guò)程復(fù)雜，要同時(shí)考慮溫度和約束的作用。熱疲勞壽命一般也比振動(dòng)疲勞壽命低。因此，對(duì)三元催化器進(jìn)行熱疲勞分析在新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中是至關(guān)重要的。2.3 某車(chē)型三元催化器的失效分析某車(chē)型三元催化器總成處于設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的熱沖擊試驗(yàn) 709 次循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)三元催化器總成進(jìn)氣端法蘭與進(jìn)氣管口連接處有漏氣、開(kāi)裂現(xiàn)象。導(dǎo)致三元催化器總成的熱沖擊試驗(yàn)不通過(guò)，使用壽命達(dá)不到要求。開(kāi)裂位置溫度較高，是整個(gè)三元催化器總成容易產(chǎn)生熱應(yīng)力集中的位置[37]，所以拆解故障件，做進(jìn)一步分析。

元催化器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2.4 三元催化器熱疲勞分析方案三元催化器在工作狀態(tài)下，主要經(jīng)受著周期性的熱沖擊。發(fā)動(dòng)機(jī)排放的高溫廢氣會(huì)影響三元催化器的內(nèi)腔流場(chǎng)，溫度變化影響了流體的流動(dòng)和流體的性質(zhì)，內(nèi)腔流場(chǎng)的流動(dòng)又會(huì)改變溫度分布。同時(shí)內(nèi)腔溫度和廢氣壓力傳遞到三元催化器殼體上，三元催化器殼體受到溫度和壓力的載荷從而發(fā)生形變。因此，需要對(duì)三元催化器進(jìn)行熱解耦合分析，一般先計(jì)算流場(chǎng)和流體溫度場(chǎng)，再計(jì)算固體溫度場(chǎng)和固體熱應(yīng)力。為保證試驗(yàn)的順利通過(guò)，先要對(duì)三元催化器進(jìn)行結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬，預(yù)估其疲勞強(qiáng)度。再對(duì)三元催化器進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)熱沖擊試驗(yàn)，考核其熱疲勞強(qiáng)度。由于本文主要研究對(duì)象是三元催化器的固體結(jié)構(gòu)部分，并且關(guān)注三元催化器在工作穩(wěn)態(tài)下的疲勞強(qiáng)度。所以，先計(jì)算三元催化器的內(nèi)流場(chǎng)，通過(guò)熱流固耦合分析方法，得到三元催化器總成的溫度場(chǎng)，最后將外界載荷都加載到固體模型上進(jìn)行熱應(yīng)力和熱疲勞的計(jì)算。設(shè)計(jì)的熱流固耦合分析技術(shù)路線如圖 3 所示：

【參考文獻(xiàn)】：
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