基于有限元法的缸盖疲劳实验相关性研究

发布时间：2017-10-05 18:47

  本文关键词：基于有限元法的缸盖疲劳实验相关性研究

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【摘要】：受环境和经济因素的影响,发动机朝着高功率密度、低油耗、低排放、可靠性高的方向发展,故发动机的爆发压力、热负荷、应力水平也随之增大,这也就对发动机各个部件的可靠性提出了更严峻考验。在柴油机的各部件中,气缸盖是最容易发生故障的部件之一。为考核柴油机缸盖的疲劳寿命,往往通过疲劳试验对缸盖进行考核。疲劳测试平台是快速考核缸盖疲劳寿命的一种重要手段,但该方法同实际台架疲劳测试相比,载荷的传递、约束等因素有很多差异性,往往造成平台实验与台架实验在实验结果上存在一定的差异性,通过实验找出造成差异性的影响因素比较困难,故通过数值模拟的手段探究不同实验关联性具有十分重要的意义。本文以某柴油机缸盖为例,采用有限元的方法计算了平台实验以及台架实验缸盖在不同工况下的应力,并在应力结果的基础上对缸盖进排气道鼻梁圆角区进行了疲劳安全系数计算,比较了二者的抗疲劳性能。在对台架缸盖进行热应力计算时,为了快速准确的到缸盖的温度场,借鉴了相似机型的热边界条件,利用投影的方法得到计算机型的热边界条件,对于火力面的热边界,结合了硬度塞实验测温结果进行了标定,标定误差控制在5%以内,这样能够在不失计算准确度的前提下快速得到缸盖的温度场,为后续热应力计算提供热载荷。提取出不同工况气道鼻梁圆角区的应力以及位移,结合缸盖不同部位的刚度分析了造成应力差异的原因,基于疲劳安全系数的结果对比,提取圆角区的疲劳危险点在不同工况下的主应力矢量,通过比较不同工况最大主应力矢量的大小、方向以及相互之间的夹角,探究最大主应力与疲劳损伤的关系。计算结果表明,对于缸盖气道鼻梁圆角区,在冷态工况下,平台实验能够较好地模拟台架缸盖的疲劳实验,由于刚度以及约束的差异,平台实验测得的缸盖抗疲劳性能要低于台架缸盖,这为测试留出了余量,但与热态工况的台架缸盖相比,热应力对缸盖安全系数降低幅度较大,低于平台实验结果；通过对危险点最大主应力的矢量的对比,最大主应力的方向会偏离圆角切线方向,故在考核疲劳安全性时应当予以考虑;最后通过对圆角结构的优化,平台以及台架气道鼻梁圆角区的安全系数都有不同程度的提高,且缸盖即使在热态工况下,抗疲劳性能也可满足要求,对缸盖的改进提供了参考。
【关键词】：缸盖 平台 台架 疲劳 模拟计算 主应力矢量
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究方法及现状13-16
• 1.2.1 研究方法13
• 1.2.2 国外研究趋势及现状13-15
• 1.2.3 国内研究趋势及现状15-16
• 1.3 课题主要研究内容16-18
• 第2章 缸盖冷态静强度分析18-34
• 2.1 弹性力学及有限元理论基础18-21
• 2.2 平台缸盖冷态静强度计算21-25
• 2.2.1 平台缸盖计算模型的建立及网格划分21-22
• 2.2.2 材料属性22-23
• 2.2.3 计算工况及边界载荷23-25
• 2.3 台架缸盖冷态静强度计算25-28
• 2.3.1 台架缸盖计算模型的建立及网格划分25-27
• 2.3.2 材料属性27
• 2.3.3 计算工况及边界载荷27-28
• 2.4 缸盖强度计算结果分析及对比28-34
• 第3章 缸盖热态静强度分析34-50
• 3.1 传热学理论基础34-37
• 3.2 缸盖温度场测温试验37-41
• 3.2.1 缸盖火力面测温方法——硬度塞法38-39
• 3.2.2 硬度塞材料及尺寸39
• 3.2.3 测温试验39-40
• 3.2.4 硬度塞测温结果40-41
• 3.3 台架缸盖温度场有限元计算41-47
• 3.3.1 冷却水腔模拟计算41-42
• 3.3.2 换热边界投影42-43
• 3.3.3 火力面换热系数修正43-44
• 3.3.4 温度场计算模型44-46
• 3.3.5 温度场计算结果分析46-47
• 3.4 台架缸盖热-机耦合强度计算模型47
• 3.5 计算结果分析47-50
• 第4章 缸盖疲劳计算结果对比50-56
• 4.1 疲劳计算概述50
• 4.2 缸盖疲劳计算模型及参数50-52
• 4.2.1 疲劳试验平台试验结果50-51
• 4.2.2 计算模型及参数51-52
• 4.3 疲劳计算结果分析及对比52-56
• 4.3.1 平均应力52-53
• 4.3.2 应力幅53-54
• 4.3.3 疲劳安全系数54-56
• 第5章 缸盖结构优化分析56-64
• 5.1 优化方案56
• 5.2 优化方案结果对比56-57
• 5.3 台架与平台缸盖主应力矢量分析57-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附件71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：978212