介观尺度下基于塑性损伤模型的气门磨损预测及优化

发布时间：2021-04-25 23:03

　　现代机械为人类生活、生产、制造带来便利的同时,也激化了人类与环境之间的矛盾,地球资源的不断匮乏推动了国家能源政策和排放法规的发展和收紧,某重型柴油机为了适应最新的排放法规部改进成为燃气发动机以达到降低排放的目的,但同时这种改进也带来了一些新的问题,气门出现磨损量显著增大的现象,试图通过结构优化来降低燃气发动机的气门磨损。为此本文从减少气门磨损量出发,观察磨损后的气门,分析探究气门磨损机理,并创建有限元计算模型,设计正交试验分析结构对气门磨损的作用效果。本文的主要工作和结论如下:1.观察磨损后的气门锥面,对其表面材料成分分析,明确气门磨损主要分为冲击磨损和滑动磨损两种机制,并且确定两种磨损机制下的主要磨损形式和磨损量计算方法,其中冲击磨损量使用能量法计算,滑动磨损量则根据考虑温度影响的修正Archard磨损理论计算。2.建立晶体尺度下基于塑性损伤的2D有限元模型,在网格之间插入cohesive单元真实模拟材料微观结构,以正确仿真气门磨损面在作用力下的微观塑性变。3.根据热边界条件的不同将气门分为七个区域,计算得到气门落座后的温度。进行瞬时动态仿真,得到冲击磨损过程和滑动磨损过程中的弹塑性... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外现状
        1.2.1 气门磨损机理
        1.2.2 气门磨损有限元仿真
        1.2.3 气门磨损的影响因素
    1.3 本文的主要研究内容和方法
第二章 气门磨损机理
    2.1 气门工作原理
    2.2 气门磨损机理
        2.2.1 落座冲击磨损机制
        2.2.2 滑动磨损机制
        2.2.3 工作环境及模式对气门磨损的影响
    2.3 磨损量计算
        2.3.1 冲击磨损量计算
        2.3.2 粘着磨损计算理论
        2.3.3 修正的Archard计算模型
    2.4 本章小结
第三章 晶体塑性损伤模型
    3.1 损伤与损伤力学
        3.1.1 损伤的分类与研究方法
        3.1.2 应变等价原理
    3.2 弹塑性各向同性损伤力学
        3.2.1 弹塑性变形基本原理
        3.2.2 弹塑性各向同性损伤本构方程
        3.2.3 晶体尺度下的弹塑性损伤机理
    3.3 晶体塑性损伤模型的建立
        3.3.1 ABAQUS中的cohesive单元简介
        3.3.2 Cohesive单元的破坏过程
        3.3.3 插入cohesive单元的晶体模型
    3.4 本章小结
第四章 气门与气门座圈有限元计算
    4.1 有限元计算简介
    4.2 温度场有限元计算
        4.2.1 温度场有限元计算模型
        4.2.2 热边界条件的确定
        4.2.3 气门温度分布
    4.3 气门磨损仿真模型
        4.3.1 气门材料属性
        4.3.2 载荷边界条件的建立
    4.4 磨损仿真计算结果分析
        4.4.1 冲击磨损结果分析
        4.4.2 滑动磨损结果分析
        4.4.3 气门磨损量计算公式
    4.5 本章小结
第五章 气门结构优化
    5.1 影响气门磨损的关键结构
        5.1.1 气门锥面角度
        5.1.2 头部厚度
        5.1.3 颈部半径
        5.1.4 气门与气门座圈锥面角度的差值
    5.2 正交试验的设计
        5.2.1 正交试验
        5.2.2 正交试验影响因素及其数值的确定
        5.2.3 正交表的生成机制
    5.3 计算结果分析及结构优化
        5.3.1 接触压强计算结果分析
        5.3.2 滑移速率计算结果分析
        5.3.3 锥面温度计算结果分析
        5.3.4 结构优化
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Archard模型的机床导轨磨损模型及有限元分析[J]. 李聪波,何娇,杜彦斌,肖卫洪,王战江.  机械工程学报. 2016(15)
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[3]高速柴油机气门失效分析与改进[J]. 陈宏,丁艳,王明章,季永会.  柴油机. 2012(03)
[4]黏聚力模型破坏准则及其参数选取[J]. 寇剑锋,徐绯,郭家平,许秋莲.  机械强度. 2011(05)
[5]基于总循环应变能的疲劳寿命计算模型[J]. 李谦,张均锋.  力学与实践. 2011(05)
[6]柴油机气门失效的设计原因及改进[J]. 金霞,张磊.  科技致富向导. 2010(14)
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硕士论文
[1]有限变形下三维多晶金属弹塑性的随机数值均化分析[D]. 薛寒冰.西安电子科技大学 2019
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[4]发动机进、排气门制造方法的改进与创新研究[D]. 王丽君.西安工程大学 2016
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[6]复合材料多尺度渐进损伤失效及断裂破坏分析[D]. 黄达.北京化工大学 2014
[7]排气门热边界传热模型及其热负荷评估[D]. 柴望.重庆大学 2013
[8]固体界面接触热阻及导热系数测量的实验研究[D]. 刘菊.华中科技大学 2011
[9]固体界面接触换热系数的实验研究[D]. 朱德才.大连理工大学 2007
[10]柴油机气门失效分析及改进策略[D]. 王致钊.天津大学 2005



本文编号：3160247