关于汽车歧管热应力疲劳分析

    歧管是汽车引擎用于进气或排气的管道，它的功用是将空气、燃油混合气由化油器或节气门体分配到各缸进气道，一般对歧管的要求包括耐高温、高强度、化学稳定性、热老化稳定性等，通常汽车发动机处于很苛刻的环境温度下工作，工作温度在30~ 130℃往复变化，由此可见歧管对热载荷的要求很高，因此对于歧管的设计必须考虑热疲劳分析。下面我们就仔细研究一个fe-safe分析歧管热应力疲劳的一个案例。

      我们分析的模型是一个四缸发动机的排气歧管，歧管的几何构型和网格模型如下所示。首先要对模型进行热应力强度分析，采用abaqus软件完成，最后生成odb文件，然后基于odb结果文件进行fe-safe疲劳分析。

                                                                                  图1 岐管网络模型

导入fe-safe后，读入需要的应力结果，只需要读入每一个分析步最终的温度和应力结果，如下图所示。设置单位为mm单位制。

                                                                                   图2 结果读取

Fe-safe的分析过程如下：

step1：定义载荷

载荷包括单一疲劳载荷序列，两类数据载荷的循环（热载荷和机械载荷），还有第三个载荷序列（机械载荷和环境温度载荷）

step2：定义表面光洁度

假设所有零件具有镜面光洁度，Kt=1。

                                                                                    图3 定义表面光洁度

step3：定义材料

定义与温度相关的材料参数，复制SAE_950C-Manten材料，并对其进行修改。将gen: Const Amp Endurance Limit(2nf)的值修改为2.00E 15，然后创建一个温度列表，修改gen: Temperature List(deg.C)的值为300和800，如下图。

                                                                                   图4 温度定义

接下来定义S-N曲线，修改sn curve: N Values(nf)的值如下图所示。

                                                                                    图5 s-n曲线定义

然后，将定义的新材料赋给所有的组件。

step4：定义分析算法

本例使用基于应力的算法，可以更好的模拟与温度相关的s-n曲线。为整个模型定义相同的算法，详细定义如下图所示。

                                                                                 图6 算法定义

step5：定义平面残余应力

本例假定为面内残余应力，因此设置为0即可。

step6：配置强度因子

为模型定义用户自定义的FOS，如下图所示。

                                                                                  图7 FOS定义

step7：定义输出文件

软件会根据odb文件的路径自动创建结果路径，用户也可以自己定义一个新的路径。

step8：运行分析

运行分析，会弹出如下的分析概要，检查无误后即可继续进行求解，直到求解完成。

                                                                                      图8 求解概要

step9：查看结果

从分析记录文件log可以看到加载的次数是多少，在那个单元，那个节点。还有最差的FOS在那个单元，那个节点。如下图所示。

step10：查看疲劳寿命云图

通过fe-safe计算的odb文件，可以查看疲劳寿命云图和强度因子云图，如下图所示。

                                                                                    图9 疲劳寿命云图

                                                                                     图10 强度因子云图