王宝军，孙晶晶，李连升，马庆镇，李德华，侯晓良

1.内燃机可靠性国家重点实验室，山东 潍坊 261061;2.潍柴动力股份有限公司 发动机研究院，山东 潍坊 261061

0 引言

近年来，随着我国机械工业的发展以及机动车排放标准的不断升级，在提高升功率、提高压缩比、改善燃烧、减少排放等方面对发动机的要求越来越苛刻，使得发动机的排温越来越高，对相关零部件的要求也越来越高[1]。排气管的工作环境恶劣，一方面要承受极高的废气温度，在高温废气作用下产生热变形，另一方面又要承受来自发动机和整车的周期性振动，极易产生变形和裂纹故障，影响整机和整车的可靠性。

图1 排气管裂纹位置

某发动机运行2000 h后排气管部位出现裂纹，裂纹位置如图1所示。本文中采用热机耦合方法，利用Abaqus软件建立排气管有限元模型，进行排气管温度场及应力场计算，分析裂纹故障原因，对排气管铸造筋的结构进行优化设计，并对优化方案进行仿真分析及试验验证。

1 热机耦合计算方法

发动机排气管热应力仿真流程如图2所示。根据设计开发目标和性能试验参数，利用GT-Power软件进行排气管一维热力学模型标定，输出排气管热应力计算所需的流体边界，即排气道入口、涡轮机前、废气再循环取气口在一个工作循环(0～720°曲轴转角)内的质量流量、温度和压力；将一维热力学仿真的输出数据赋值给流体三维网格模型，利用流体仿真软件AVL-Fire进行排气管气侧流动换热流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)计算，得到气侧壁面温度及对流换热系数；……