小型增压强化汽油机缸盖热机疲劳分析研究

发布时间：2017-12-05 03:30

  本文关键词：小型增压强化汽油机缸盖热机疲劳分析研究

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【摘要】：缸盖是发动机的关键零部件之一,其性能直接决定着整机运行的可靠性。本课题源于工程实际,以某款1.0L增压汽油机正向开发中的缸盖设计为背景,针对缸盖热机疲劳的机理、模拟仿真分析和评价方法进行了全面而深入的研究。通过在设计初期对发动机正常工作过程及缸盖冷热冲击试验进行模拟,预测其高周疲劳安全系数和低周疲劳寿命,为新一代发动机的可靠性设计提供依据。首先,建立三维整机模型和有限元网格模型。通过整体接触多场分步耦合研究方法,建立包含完整缸盖、机体、缸盖垫和缸盖螺栓的接触关系模型,避免了缸盖局部模型研究不足;通过对冷却水套和缸内工作过程的CFD分析获取了热负荷分析所需的热边界条件,降低了由经验公式计算而来的热边界条件造成的误差。其次,采用流-固耦合方法分析缸盖热负荷,并对缸盖在热机负荷综合影响下的应力应变进行了弹塑性有限元分析。结果表明,缸盖标定工况最高温度为217.2℃,低于铸铝合金的工作温度限值260℃;缸盖火力面上危险点的等效塑性应变趋于稳定后的数值为2.088e-03,低于0.02的安全限值,是安全的。然后,采用上述结果设置不同分析步,对缸盖热机疲劳性能进行预测。结果表明,高周疲劳最小的安全系数为1.21,大于1.1的安全系数限值;低周疲劳最低寿命为7480循环,满足发动机可靠性试验规定的3000循环和工程设计要求;低周疲劳危险点机械损伤和氧化损伤占总损伤的比例分别为96.47%和3.42%。根据可靠性设计分析理论,缸盖结构在高周疲劳应力水平下的可靠度为98.3%,而在低周疲劳应力水平下的可靠度为90.6%,缸盖低周疲劳可靠性低于高周疲劳。最后,对发动机样机进行可靠性试验。试验结果表明,缸盖性能与预期相符,证明了本文数值模拟计算及评价方法的有效性。本文提出了正向工程中全面预测缸盖热机疲劳性能的研究方法,具有重要的工程实际意义。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK413

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本文编号：1253434