缸盖冷却水腔局部结构对疲劳强度的影响研究

发布时间：2017-10-13 05:31

  本文关键词：缸盖冷却水腔局部结构对疲劳强度的影响研究

  更多相关文章： 缸盖 高周疲劳 流固耦合 热机耦合 水套结构 数值仿真

【摘要】：气缸盖作为燃烧室最重要的受热零部件之一,长期承受较高的热载荷、机械约束及周期性的爆发压力,容易发生疲劳失效,从而影响内燃机的整体寿命。本文以数值仿真为主要手段,通过改变缸盖内部水套的局部结构,探究水套结构参数对缸盖温度场分布和高周疲劳安全系数的影响,并提出了一种结构优化的方案。本文的主要工作如下：1.建立某六缸机型的一缸一盖模型,进行网格划分,施加流动与传热边界条件,通过流固耦合计算得到温度场分布,与测温试验进行比较,验证了数值模型的有效性；2.以单缸模型作为研究对象,施加机械载荷和周期性爆发压力载荷,并以流固耦合计算得到的温度场作为热载荷,通过热机耦合计算得到缸盖高周疲劳易失效区域,并针对该区域提取主要结构参数,确定计算分析范围；3.基于上述计算模型,探索水套不同结构参数水平下,缸盖温度场的分布状态。结果表明,对易失效区域进行局部结构的变化,以缸盖最高温度、火力面最高温度、研究区域典型节点温度值为评价指标的缸盖温度场的分布基本无变化；4.以原结构缸盖流固耦合计算得到温度场为热载荷统一施加到不同冷却水套结构参数变化水平的计算模型中,探索冷却水套不同结构参数水平单因素作用下,缸盖高周疲劳安全系数的分布状态。结果表明,对于两进气门处冷却水套过渡圆角区域,热机耦合下所承受的为拉应力,单独加厚这两处过渡圆角区域均有利于提高该气门冷却水套区域的疲劳安全系数。两排气门中,靠近缸盖出水口的排气门处冷却水套过渡圆角区域,热机耦合下承受的为压应力,疲劳安全系数较大；另外一处排气门处冷却水套过渡圆角区域,热机耦合下承受拉应力,单独加厚该区域不利于提高该气门处冷却水套区域的疲劳安全系数：5.结合单因素冷却水套结构优化,探究冷却水套不同结构参数水平多因素作用下,缸盖高周疲劳安全系数的分布状态。最终提出一种优化方案：将承受拉应力的三处气门处冷却水套过渡圆角区域均采取加厚方法,在两进气门处水套过渡圆角区域分别加厚0.8m,在一排气门水套过渡圆角区域加厚0.2mm。该方案能够整体提高先前所述易失效区域高周疲劳安全系数,提高缸盖高周疲劳可靠性。
【关键词】：缸盖 高周疲劳 流固耦合 热机耦合 水套结构 数值仿真
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 内燃机流动和传热多场耦合研究概况9-12
• 1.2.2 内燃机热机耦合和疲劳计算方法研究概况12-15
• 1.3 论文主要研究内容15-17
• 2 缸盖数值模拟计算模型的建立17-30
• 2.1 流固耦合数值计算模型17-24
• 2.1.1 流动与传热基本控制方程17-18
• 2.1.2 模型建立和网格划分18-20
• 2.1.3 计算参数及边界条件设置20-22
• 2.1.4 温度场计算结果及单缸模型的验证22-24
• 2.2 热机耦合数值计算模型24-29
• 2.2.1 热机耦合计算模型的建立24-26
• 2.2.2 边界条件及物性设置26-27
• 2.2.3 缸盖疲劳强度研究方法27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 缸盖冷却水腔局部结构对温度场的影响分析与优化30-54
• 3.1 原结构缸盖计算结果与冷却水腔结构变化参数的提取30-32
• 3.1.1 原结构缸盖计算结果30-31
• 3.1.2 冷却水腔结构变化参数的提取31-32
• 3.2 冷却水腔局部结构对温度场的影响分析与优化32-53
• 3.2.1 A区域结构参数对温度场的影响分析与优化33-38
• 3.2.2 B区域结构参数对温度场的影响分析与优化38-43
• 3.2.3 C区域结构参数对温度场的影响分析与优化43-48
• 3.2.4 D区域结构参数对温度场的影响分析与优化48-53
• 3.3 本章小结53-54
• 4 缸盖冷却水腔局部结构对疲劳强度的影响分析与优化54-74
• 4.1 单因素冷却水腔结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化54-68
• 4.1.1 A区域结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化54-57
• 4.1.2 B区域结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化57-61
• 4.1.3 C区域结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化61-64
• 4.1.4 D区域结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化64-68
• 4.2 多因素结构参数对缸盖疲劳强度的影响分析与优化68-72
• 4.3 本章小结72-74
• 5 全文总结和展望74-76
• 5.1 全文工作总结74-75
• 5.2 今后研究展望75-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-79
• 作者简历79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯召舒;;发动机冷却水套的设计[J];国外汽车;1977年01期

2 李宝童;洪军;孙静;徐海波;邱志惠;潘世翼;;发动机冷却液流动与传热的数值模拟[J];西安交通大学学报;2009年03期

3 李维民;钼电极冷却水套的结构改进[J];四川兵工学报;1996年04期

4 杨攀;许涛;阮仁宇;张良超;;某发动机冷却水套优化设计[J];内燃机与动力装置;2014年03期

5 崔翰星;徐向华;梁新刚;马寅魏;张蒙;;四缸柴油机冷却水套流动与传热仿真研究[J];工程热物理学报;2011年03期

6 陈竞;胡鹏;孙平;;柴油机机体和冷却水套温度场测量分析[J];内燃机;2014年03期

7 秦旭东;真空泵冷却水套铸件裂纹的补焊[J];航空工艺技术;1993年01期

8 陈美园;毕玉华;申立中;雷基林;张沛毅;;基于正交试验的发动机冷却水套优化[J];机械制造;2012年09期

9 金旭;薛冬新;宋希庚;;柴油机冷却水套流场的仿真研究[J];农业装备与车辆工程;2014年06期

10 陈小东,詹樟松;发动机冷却水套内三维流动的数值模拟研究[J];汽车技术;2004年12期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 李威;黄荣华;王兆文;;重型柴油机冷却水套的三维数值模拟及结构优化[A];湖北省内燃机学会2009年学术年会论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李佑长;四缸柴油机缸盖传热研究[D];武汉理工大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈宇声;加载用无铁心直线永磁同步电机及其冷却系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 魏鑫;缸盖冷却水腔局部结构对疲劳强度的影响研究[D];浙江大学;2016年

3 张伟;发动机冷却水套流场的分析与仿真研究[D];太原理工大学;2010年

4 李斌;基于流固耦合的发动机冷却水套—缸体传热研究[D];湖南大学;2012年

5 刘铁刚;柴油机冷却水套模拟分析及结构优化[D];吉林大学;2007年

6 陈志娥;冷却水套结构对卧式柴油机冷却水流动特性影响研究[D];昆明理工大学;2010年

7 武亚娇;轿车发动机冷却水套稳态流动传热仿真研究[D];浙江大学;2010年

8 徐娇;通舱管件冷却水套热固耦合分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

9 于海洋;柴油机冷却水套匹配与仿真分析[D];辽宁工业大学;2015年

10 王建东;某发动机冷却系统的研究[D];南京理工大学;2008年

，

本文编号：1023109