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硕士论文-汽车尾气余热温差发电装置模态分析
【摘要】：汽车工业作为国民经济的支柱产业,在最近的十几年里,发展迅速,我国的汽车保有量也是逐年攀升,巨大的汽车保有量给我国的能源安全带来了前所未有的挑战。我国的石油资源并不丰富,人均占有量少,加之国际油价持续上升,新能源汽车、电动汽车还未彻底实现产业化,在此背景下,对有限的能源资源进行充分利用从而提高能源的利用效率显得异常重要。利用温差发电技术可以实现汽车尾气余热的回收利用,实现节约能源的目的,因此,有必要对温差发电系统的核心温差发电装置的结构进行研究,以提高其综合性能。 本文主要从有限元模态分析的角度对温差发电装置结构及振动特性进行分析研究,依据分析结果,提出旨在提高装置振动特性的优化改进方案,从而实现装置更加可靠、高效、平稳的工作。首先,介绍一般温差发电装置的组成、结构及工作原理,以及一种国内外普遍采用的平板式温差发电装置的结构特点。并以该装置为研究对象,利用有限元前处理软件Hypermesh建立了其有限元模型,详细阐述建模过程,提出合理的建模假设,对装置的结构作局部简化,选取适当的位置施加约束边界条件。其次,使用ABAQUS软件下的ABAQUS/Standard求解器模块对建立的有限元模型进行模态分析,获取装置整体及主要部件的固有频率和振型,对振型进行描述,结果表明：装置整体约束状态下的固有频率很好的避开了发动机的激振频率范围,即不会发生危险的共振现象,并依据整体的模态振型,共振应力云图等对装置的部分区域提出修改方案。此外,冷却水通道和尾气通道约束状态下的一阶非零模态值较小,没有很好的避开发动机的激励频率,有发生共振的可能。最后,基于模态分析计算结果,对装置的尾气通道和冷却水通道进行优化,对改进后的模型进行约束模态分析,将结果与未改进前的结果进行对比分析,结果表明,改进后模型的固有频率显著提高,很好的避开了发动机的激振频率范围,不会发生危险的共振现象,改进后的模型具有较好的振动特性。 总之,本文通过有限元模态分析的方法,对温差发电装置进行了结构方面的研究工作,探索并实现了汽车尾气余热温差发电装置结构的分析和改进,装置的综合性能特别是振动特性有显著提高,模态分析的结果还为装置的整体的进一步结构优化提供了依据。
【目录】：
中文摘要4-5
Abstract5-7
目录7-9
第1章 绪论9-14
1.1 课题的背景及意义9-10
1.2 温差发电技术的国内外研究现状10-13
1.2.1 温差发电技术的发展及国外研究现状10-11
1.2.2 国内研究现状11-12
1.2.3 温差发电技术存在的问题及研究方向12-13
1.3 本文的研究方法及主要内容13-14
第2章 温差发电装置的工作原理及组成14-22
2.1 温差发电的基本原理14-15
2.1.1 Seebeck效应及热电效应概述14
2.1.2 温差发电原理14-15
2.2 温差发电装置的组成及主要结构15-18
2.2.1 温差发电装置的组成15
2.2.2 平板式温差发电装置15-17
2.2.3 圆桶式温差发电装置17-18
2.3 温差发电装置设计18-20
2.3.1 温差发电系统简介18
2.3.2 温差发电装置整体结构18-19
2.3.3 尾气通道(热端)19
2.3.4 冷却水通道(冷端)19-20
2.3.5 温差发电模块20
2.3.6 夹紧结构20
2.4 温差发电装置主要结构的材料20-21
2.5 本章小结21-22
第3章 模态分析理论及分析软件22-33
3.1 有限元法22-25
3.1.1 有限元的发展22-23
3.1.2 有限元分析的基本步骤23-25
3.2 模态分析简介及基本理论25-28
3.2.1 模态分析简介25
3.2.2 模态分析基本理论25-28
3.3 Hypermesh及ABAQUS软件介绍28-32
3.3.1 Hypermesh建模步骤及优点28-30
3.3.2 有限元计算软件ABAQUS30-32
3.4 本章小结32-33
第4章 温差发电装置模态分析33-51
4.1 有限元模型的建立33-41
4.1.1 有限元模型的建立原则34
4.1.2 温差发电装置的实体模型34-35
4.1.3 模型的简化35
4.1.4 单元属性的确定35-36
4.1.5 材料属性的创建36
4.1.6 网格划分36-37
4.1.7 约束位置的确定及约束的施加37-38
4.1.8 刚性连接问题38-39
4.1.9 单元质量及分析步39-40
4.1.10 在ABAQUS中提交模型40-41
4.2 温差发电装置自由模态分析41-44
4.2.1 温差发电装置整体自由模态计算结果41
4.2.2 温差发电装置整体自由模态1-10阶振型41-44
4.2.3 温差发电装置整体自由模态分析44
4.3 温差发电装置约束模态分析44-50
4.3.1 尾气通道及冷却水通道约束模态计算结果44-46
4.3.2 温差发电装置整体约束模态计算结果46-47
4.3.3 温差发电装置整体约束模态1-10阶振型47-50
4.3.4 温差发电装置整体约束模态分析50
4.4 本章小结50-51
第5章 温差发电装置局部改进及模态分析51-58
5.1 温差发电装置局部结构改进方案51-52
5.2 局部改进模型模态分析52-56
5.2.1 尾气通道壁加厚52-53
5.2.2 冷却水通道壁加厚53-55
5.2.3 冷却水通道改进后(增加同定端)约束模态分析55-56
5.3 本章小结56-58
第6章 总结及展望58-61
6.1 研究内容总结58-59
6.2 本文的创新点59
6.3 展望59-61
致谢61-62