基于有限元的低铌蠕墨铸铁排气管失效分析及优化设计
林勇传
刘露生
张玉东
赖德斌
广西大学 机械工程学院,南宁 530004
摘要：[目的]针对蠕墨铸铁排气管服役过程中出现的局部开裂问题,揭示其失效机制并提出结构与材料协同优化方案.[方法]首先,建立排气管热-机耦合有限元模型,解析其温度场、应力场及应变场的分布特征,为失效原因定位与机制分析提供支撑;其次,提出增大过渡圆角半径与消除冗余加强筋的结构改进方案,并开展模态分析验证优化后结构的动态特性,排除共振失效风险;然后,采用田口试验设计方法,量化分析壁厚、弹性模量等结构与材料参数对低周疲劳寿命的影响规律;最后,构建基于熵权-层次分析法的多目标评价体系,综合权衡高温力学性能、工艺可行性与经济性指标,实现材料方案的多维度优选.[结果]结果表明,增大过渡圆角可使裂纹区域应力下降119 MPa,去除加强筋可消除局部应力集中,且结构优化后共振裕量比达152％,满足ISO 10816-1标准要求;热膨胀系数对疲劳寿命的影响最为显著,其响应极差达680;经组合赋权优化,确定铌添加质量分数为0.05％～0.07％时的蠕墨铸铁为最优材料方案,为同类高温承压部件的优化设计提供参考.
关键词：排气管有限元仿真蠕墨铸铁结构优化铌合金
分类号：TG146.2(金属学与热处理)
论文发表日期：2026-08-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 29-36 )
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