[发明专利]一种发动机增压器蜗壳强度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种发动机增压器蜗壳强度分析方法。

背景技术

增压发动机系统在汽车领域得到日益广泛的应用，增压器蜗壳是增压发动机系统的重要构件，在设计阶段通常会对其强度进行分析。

在现有技术中，采用单工况稳态分析方法对增压器蜗壳进行有限元分析。如图1所示，在现有技术中，采用稳态全负荷工况进行计算。现有技术方法包括下述步骤。步骤S11：通过一维计算得到全负荷工况下增压器蜗壳进出口边界条件；步骤S12：以一维计算结果为边界条件进行三维流体计算，得到增压器蜗壳内壁面稳态温度及换热系数(稳态流畅)；步骤S13：根据增压器蜗壳数模划分有限元网格；步骤S14：计算全负荷工况下增压器蜗壳瞬态温度分布；S15：进行机械循环计算，将三维流体计算得到的增压器蜗壳内壁面温度和换热系数与机械载荷进行热固耦合，计算得到增压器蜗壳热应力；S16：将计算得到的增压器蜗壳热应力与增压器蜗壳材料的屈服强度进行比较，以确定其是否满足设计要求。

上述的计算方法能够在一定程度上对增压器蜗壳的强度进行计算与判定，但实际中发现判定结果与实际使用结果或实验检测结果有较大差异，由此导致最终的增压器蜗壳强度设计不当，严重时，需要重新开发增压器蜗壳。整体而言，该计算方法相对保守，为了达到安全目的，会无谓的增加增压器蜗壳壁厚，造成零部件质量增加，对整个发动机质量、性能、成本均不利。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

术语解释：

“全负荷”是指发动机的节气门全开、吸气量最大且输出功率最大的工况。

“怠速”是指发动机在无负荷的情况下运转，只需克服自身内部机件的摩擦阻力，不对外输出功率的工况。

“倒拖”是指发动机是不工作的工况，也就是喷油器不喷油、不燃烧，由外部动力(如电力测功机、负载的惯性转动等)来驱动使发动机运转起来。

“塑性变形”是指如果作用在物体上的外力较大，当外力的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变。

“屈服强度”是指使材料由弹性形变变为塑性形变的应力。

本发明的目的在于提供一种发动机增压器蜗壳强度分析方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺点。

为实现上述目的，本发明提供一种发动机增压器蜗壳强度分析方法，所述发动机增压器蜗壳强度分析方法包括：

步骤S21：计算增压器涡壳在怠速工况、全负荷工况及倒拖工况下的进出口边界条件；

步骤S22：根据上述进出口边界条件计算怠速工况、全负荷工况及倒拖工况下的增压器蜗壳内的瞬态流场，得到怠速工况、全负荷工况及倒拖工况下的增压器涡壳内壁面温度分布及换热系数分布；

步骤S23：根据增压器涡壳数模划分有限元网格；

步骤S24：根据怠速工况、全负荷工况及倒拖工况下的增压器涡壳内壁面温度分布及换热系数分布，计算整个循环内的增压器蜗壳的瞬态温度分布，其中所述循环包括怠速工况、全负荷工况及倒拖工况；

步骤S25：基于上述瞬态温度分布计算整个循环内增压器蜗壳的塑性变形。

优选地，在步骤S25中，进行至少三个循环的计算，并计算相邻两循环下的等效塑形变形。

优选地，对每个循环的塑形变形进行评价，并对相邻两循环下的等效塑形变形进行评价。

优选地，对于第一个循环的计算结果不进行评价。

优选地，仅对增压器蜗壳内表面和外壁面处的塑性变形和/或等效塑形变形进行计算与评价。

优选地，在步骤S24中，对增压器蜗壳外壁面上部施加空腔辐射外流场，对增压器蜗壳外壁面下部施加对流辐射外流场。

优选地，所述发动机增压器蜗壳强度分析方法进一步包括下述步骤S26：将分析结果与试验结果进行对比，以优化分析方法。

优选地，所述进出口边界条件包括进口气体流量、出口气体压力及温度。

优选地，对增压器蜗壳的圆角区域及过渡区域进行网格细化。

优选地，所述循环各部分的时间周期与发动机增压器蜗壳试验方法相同。