CN108170966B

CN108170966B - 一种基于有限元分析的egr发动机冷却器优化方法

Info

Publication number: CN108170966B
Application number: CN201810004368.3A
Authority: CN
Inventors: 姜荣升; 袁涛; 刘善亮; 王士刚
Original assignee: Qingdao Haiju Simulation Software Technology Co ltd
Current assignee: QINGDAO HAIJU INTELLIGENT INNOVATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2018-01-03
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2038-01-03
Also published as: CN108170966A

Abstract

本发明提出了一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，包括以下步骤：将设计的EGR冷却器用UG建模；设置需要优化的冷却器部位的参数做驱动参数；对模型进行网格划分；将模型导入ANSYS STATIC STRUCTRAL模块，将应力作为输出参数；连接RESPONSE SURFACE OPTIMIZATION模块；对驱动参数每项选取三到五组设计点；更新设计点进行计算；施加实际工况荷载，求解；在满足输出参数的情况下，EGR冷却器的设计参数采取优化后的参数；优化结束，确定新的设计参数。本发明采用有限元的方法，运用ANSYS对发动机冷却器进行仿真优化计算，在满足设计强度的情况下对多参数的优化能有效降低工作量，并提升设计分析的准确性。

Description

一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法

技术领域

本发明涉及仿真设计领域，特别涉及一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法。

背景技术

柴油机具有低油耗、高效率的特点，有着良好的经济性和动力性，实验证明，柴油机比汽油机多节能18％～28％，由于柴油价格低于汽油，所以柴油机比汽油机又可节约燃料费33％～40％。因此，现代技术的柴油机正逐渐成为欧美发达国家的主要车用动力，而本世纪车用动力的柴油化趋势也已经成为国际汽车界的共识。

但柴油机排放技术的研究落后于汽油机也是不争的事实，高的氮氧化物排放一直是阻碍车辆柴油化的瓶颈。为了解决氮氧化物的排放问题，从机内净化的角度入手，国内外发动机研发人员提出了多种控制措施，如采用废弃再循环(EGR)技术，目前已被广大汽车厂商广泛采用。

近年来，由于人们对环保问题日益重视，排放法规也越来越严格，也对EGR技术提出了更高的要求，冷却的EGR系统以其优越的排放质量已经成为满足排放标准的必要机内净化措施，并已成为国内外汽车发动机满足排放标准的必备装备。

如何优化EGR发动机冷却器的设计，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，旨在解决EGR冷却器的多种参数在设计过程中的优化问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将设计的EGR冷却器用UG建模，通过参数化建立立体模型；

步骤(2)，设置需要优化的冷却器部位的参数做驱动参数；

步骤(3)，对模型进行网格划分，对模型整体设置10mm规格大小的单元划分尺寸，对局部网格设置4mm做网格细化处理；

步骤(4)，将模型导入ANSYS STATIC STRUCTRAL模块，将应力作为输出参数；

步骤(5)，连接RESPONSE SURFACE OPTIMIZATION模块；

步骤(6)，对驱动参数每项选取三到五组设计点，设计点在参数范围内选择，设计点采取均布处理的方式，求解得到最优；

步骤(7)，更新设计点进行计算，依据计算结果选取符合条件的点作为优化后的设计参数；优化部位采取新的设计点后，判断求解出来的应力结果是否符合预期要求；

步骤(8)，施加实际工况荷载，求解；发动机冷却器底部结构固定，受力涵盖自身重力，同时左侧进气口部位施加符合规范需求的力，求解后如果结构的应力值比优化之前的应力值降低，则满足了设计的预期要求；

步骤(9)，在满足输出参数的情况下，EGR冷却器的设计参数采取优化后的参数；

步骤(10)，优化结束，确定新的设计参数。

可选地，设置需要优化的冷却器的筋部、底部壁厚、或者肩部的参数做驱动参数。

可选地，设置冷却器壁厚2mm的驱动参数，选取的设计点为1.5-2.5mm之间，分1.5、1.75、2、2.25、2.5五个设计点，求解得到最优。

本发明的有益效果是：在满足设计强度的情况下，对多参数的优化能有效降低工作量，并提升设计分析的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于有限元分析的EGR冷却器优化方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

EGR废气再循环是减少车用柴油机氮氧化物排放的关键设备，其设计方案不仅要满足耐高温、高强度等要求，结构的合理性也是其考虑的重点，在进行有限元分析时，要求在结构满足规范强度的前提下，通过响应面优化，降低材料的厚度，使材料的结构更加合理化。本发明是在设计ERG发动机冷却器时，对该冷却器的结构性能进行优化的一种方法，在明确设计参数及设计目标后，本发明的优化方法基于有限元分析，通过增加设计点、响应点对分析目标进行优化，使其到达在满足应力强度的前提下，减小材料厚度的目的。

下面结合说明书附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提出了一种基于有限元分析的EGR冷却器优化方法，步骤如下：

步骤(1)，将设计的EGR冷却器用UG建模。

UG是西门子公司开发的三维建模软件，主要是通过参数化建立立体模型。

步骤(2)，设置需要优化的冷却器部位做驱动参数，例如筋部、底部壁厚、肩部等。

驱动参数是指对冷却器需要做优化的部位如壁厚，孔径等的参数做原始参数，主要选择外围壁厚及周边孔径，一是为满足发动机冷却器轻量化的需求，进行减重，二是要满足螺栓连接部分孔的结构强度。

步骤(3)，对模型进行网格划分，对模型整体设置10mm规格大小的单元划分尺寸，对局部网格壁厚、孔等设置4mm做网格细化处理。

步骤(5)，连接RESPONSE SURFACE OPTIMIZATION模块；

步骤(6)，对驱动参数每项选取几组设计点，设计点在参数范围内选择；

设计点采取均布处理的方式，以冷却器壁厚2mm的驱动参数为例，选取的设计点为1.5-2.5mm之间，可分1.5、1.75、2、2.25、2.5五个设计点，即在一个范围内均布几个点，求解得到最优。

步骤(7)，更新设计点进行计算，依据计算结果选取符合条件的点作为优化后的设计参数；优化部位采取新的设计点后，求解出来的应力结果是否符合预期要求。

步骤(8)，施加实际工况荷载，求解；

发动机冷却器底部结构固定，受力涵盖自身重力，同时左侧进气口部位施加符合规范需求的力，求解后的结构的应力值比优化之前的应力值降低，则满足了设计的预期要求。

步骤(9)，在满足输出参数的情况下，EGR冷却器的筋部厚度、底部壁厚、肩部厚度等设计参数采取优化后的参数；

步骤(10)，优化结束，确定新的设计参数。

本发明采用有限元的方法，运用ANSYS对发动机冷却器进行仿真优化计算，在满足设计强度的情况下对多参数的优化能有效降低工作量，并提升设计分析的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(2)，设置需要优化的冷却器的壁厚以及孔径的参数做驱动参数；

步骤(5)，连接RESPONSE SURFACE OPTIMIZATION模块；

步骤(10)，优化结束，确定新的设计参数。

2.如权利要求1所述的一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，其特征在于，设置需要优化的冷却器的筋部、底部壁厚、或者肩部的参数做驱动参数。

3.如权利要求1所述的一种基于有限元分析的EGR发动机冷却器优化方法，其特征在于，设置冷却器壁厚2mm的驱动参数，选取的设计点为1.5-2.5mm之间，分1.5、1.75、2、2.25、2.5五个设计点，求解得到最优。