考虑关联结构的气缸盖热—流—固耦合仿真分析

发布时间：2017-08-31 11:42

  本文关键词：考虑关联结构的气缸盖热—流—固耦合仿真分析

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【摘要】：随着高功率密度柴油机的研究不断深入,对气缸盖的结构强度设计也日益成为研究领域的热点问题;而针对气缸盖的研究目前主要集中在气缸盖稳态下的热负荷和机械负荷的研究,且很少考虑关联结构对气缸盖结构强度的影响。为此,本文进行了考虑配气机构和排气管关联结构瞬态影响下的气缸盖热-流-固耦合仿真研究,并开展了相关结构的影响规律分析,为气缸盖的设计提供一定的技术指导。主要内容如下:(1)通过内燃机性能仿真软件,建立了多缸柴油机的分析模型,获得了缸内燃烧压力曲线和排气管内压力波动曲线;并搭建了发动机配气机构的多体动力学模型,分析了气门底座对气缸盖气门座圈的循环冲击载荷;另外,利用瞬态动力学分析方法,建立气缸盖和机体以及排气管的组合结构模型,并考虑了排气管内的压力波动影响,求解了排气管对气缸盖排气侧壁的循环作用力。(2)利用有限元分析软件,建立了考虑沸腾换热的气缸盖冷却水腔仿真模型,获得了冷却水腔的热边界条件和气缸盖的温度场;并通过气缸盖温度场的测量试验与仿真结果进行了比较,验证了仿真模型的准确性;然后,通过改变影响沸腾换热的流场边界参数,研究了气缸盖冷却水腔换热温度随影响因素的变化关系。(3)基于得到的气缸盖热边界条件和力边界条件,建立了多激励下的气缸盖组合结构的瞬态分析模型,并进行了气缸盖的热-流-固耦合仿真分析,获得了气缸盖的应力分布,并与常规计算的结果进行比较,得到了应力显著增加的部位;在此基础上,进一步开展了考虑多激励下的气缸盖结构参数影响规律研究,获得了不同结构参数变化下的冷却水腔温度和气缸盖应力的变化规律。
【关键词】：气缸盖 配气机构 排气管 沸腾换热 热-流-固耦合
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外发展状况12-16
• 1.2.1 国内发展现状12-15
• 1.2.2 国外发展现状15-16
• 1.3 论文研究主要内容16-19
• 第二章 考虑关联结构的气缸盖力边界计算19-39
• 2.1 爆发压力和排气管压力的计算19-24
• 2.1.1 仿真分析模型建立19-21
• 2.1.2 仿真边界条件的设定21-22
• 2.1.3 计算结果分析22-24
• 2.2 配气机构气门座圈冲击作用计算24-32
• 2.2.1 配气机构动力学理论基础25
• 2.2.2 配气机构多体动力学模型建立25-29
• 2.2.3 配气机构多体动力学模型仿真计算29-30
• 2.2.4 配气机构多体动力学结果分析30-32
• 2.3 排气管振动对气缸盖的作用力计算32-38
• 2.3.1 组合结构的模型建立32-35
• 2.3.2 组合结构的模态计算35-36
• 2.3.3 组合结构仿真结果分析及比较36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 考虑沸腾换热的气缸盖热边界计算39-60
• 3.1 气缸盖的沸腾换热理论39-44
• 3.1.1 沸腾换热理论39-40
• 3.1.2 流动沸腾换热研究模型40-42
• 3.1.3 沸腾换热的经验公式42-44
• 3.2 气缸盖水腔的仿真分析44-50
• 3.2.1 气缸盖水腔模型的建立44-45
• 3.2.2 气缸盖水腔网格的划分45-46
• 3.2.3 气缸盖固体域边界条件46-48
• 3.2.4 气缸盖流体域边界条件48-50
• 3.3 热-流-固耦合温度场的结果分析50-54
• 3.3.1 考虑沸腾前后传热系数的变化50-51
• 3.3.2 考虑沸腾前后换热温度的变化51
• 3.3.3 考虑沸腾前后水腔压力的变化51-53
• 3.3.4 气缸盖温度场的试验验证53-54
• 3.4 不同因素对沸腾换热的影响分析54-58
• 3.4.1 气泡直径对沸腾换热的影响55-56
• 3.4.2 冷却水进口温度对沸腾换热的影响56-57
• 3.4.3 冷却水进口流速对沸腾换热的影响57-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 多激励作用下的气缸盖结构应力分析60-77
• 4.1 气缸盖组合结构建模60-63
• 4.1.1 组合结构模型建立60-61
• 4.1.2 材料属性61-62
• 4.1.3 网格划分模型62
• 4.1.4 组合结构的模态分析62-63
• 4.2 边界条件的施加63-71
• 4.2.1 螺栓预紧力64
• 4.2.2 瞬态爆发压力64-66
• 4.2.3 气门座圈冲击作用力66-67
• 4.2.4 排气侧壁作用边界67-70
• 4.2.5 气缸盖的温度场70-71
• 4.3 气缸盖应力场强度分析71-75
• 4.3.1 气门座圈应力对比71-73
• 4.3.2 排气道内壁应力对比73-74
• 4.3.3 火力面应力对比74-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第五章 气缸盖结构参数的影响规律研究77-89
• 5.1 气缸盖的结构参数的影响研究概述77
• 5.2 气缸盖的冷却水腔结构影响规律研究77-83
• 5.2.1 气缸盖冷却水腔的结构影响规律方案设计77-79
• 5.2.2 气缸盖冷却水腔的结构影响规律分析79-83
• 5.3 气缸盖卸载槽的结构影响规律研究83-85
• 5.3.1 气缸盖卸载槽结构影响规律方案设计83-84
• 5.3.2 气缸盖卸载槽的结构规律分析84-85
• 5.4 气缸盖底板厚度的结构影响规律研究85-88
• 5.4.1 气缸盖底板厚度的结构影响规律方案设计85-86
• 5.4.2 气缸盖底板厚度的结构影响规律分析86-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-92
• 6.1 全文总结89-90
• 6.2 课题创新点及展望90-92
• 6.2.1 本文创新点90
• 6.2.2 课题展望90-92
• 参考文献92-99
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单99-101
• 致谢101

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本文编号：765406