本文關(guān)鍵詞：考慮鑄造殘余應(yīng)力的柴油機(jī)氣缸蓋有限元分析

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【摘要】：鑄造是一種包含了大量復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程的金屬成型方法,氣缸蓋作為柴油機(jī)中大型復(fù)雜鑄件之一,其結(jié)構(gòu)可靠性直接影響整機(jī)工作可靠性。一方面,柴油機(jī)氣缸蓋具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀準(zhǔn)確,尺寸精度高的特點(diǎn),導(dǎo)致鑄造加工難度大;另一方面,隨著柴油機(jī)強(qiáng)化程度的不斷提高,氣缸蓋的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷大幅度提高。在氣缸蓋的結(jié)構(gòu)分析時(shí),由于軟件接口問(wèn)題以往絕大多數(shù)的研究都未考慮鑄造殘余應(yīng)力的影響。本文以灰鑄鐵氣缸蓋為研究對(duì)象,通過(guò)有限元仿真分析的方法,研究了鑄造殘余應(yīng)力對(duì)柴油機(jī)氣缸蓋應(yīng)力和疲勞壽命的影響,主要完成的工作如下:(1)通過(guò)查閱相關(guān)鑄造手冊(cè)設(shè)計(jì)了氣缸蓋的鑄造系統(tǒng),采用Hyper Mesh對(duì)氣缸蓋及其鑄造系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分并成功導(dǎo)入鑄造軟件ProCast中,在正確設(shè)置鑄造工藝參數(shù)和程序運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)氣缸蓋的鑄造過(guò)程進(jìn)行了模擬,獲得了氣缸蓋冷卻后殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布情況。(2)將鑄造模擬所獲得的殘余應(yīng)力場(chǎng)作為應(yīng)力邊界條件成功導(dǎo)入到Abaqus中,并對(duì)氣缸蓋的材料、載荷和邊界條件進(jìn)行了設(shè)置,根據(jù)氣缸蓋在熱機(jī)耦合工況下的溫度和應(yīng)力情況,確定了氣缸蓋危險(xiǎn)區(qū)域。通過(guò)分析爆發(fā)壓力和熱負(fù)荷對(duì)危險(xiǎn)部位應(yīng)力的影響情況,確定了主要載荷。并通過(guò)對(duì)比未施加與施加殘余應(yīng)力兩種情況發(fā)現(xiàn),由于殘余應(yīng)力的同向或異向加載,氣缸蓋危險(xiǎn)部位的應(yīng)力值會(huì)有不同程度的提高或降低。(3)通過(guò)對(duì)六個(gè)應(yīng)力分量和三個(gè)主應(yīng)力大小和方向的分析得知,殘余應(yīng)力的存在并未改變危險(xiǎn)部位的單軸或多軸的應(yīng)力狀態(tài)。在恒幅熱機(jī)負(fù)荷循環(huán)作用下,鼻梁區(qū)及排氣道夾壁處仍為單軸應(yīng)力狀態(tài),而噴油器座孔周圍,水套處、頂板與氣門導(dǎo)管過(guò)渡處處仍為多軸應(yīng)力狀態(tài)。(4)采用考慮平均應(yīng)力影響的壽命預(yù)測(cè)公式,對(duì)鼻梁區(qū)和排氣道夾壁處進(jìn)行壽命預(yù)測(cè);采用基于Mises屈服準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化得到的壽命估算法,對(duì)噴油器座孔處進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。并分析了殘余應(yīng)力對(duì)危險(xiǎn)部位疲勞壽命的影響。
【關(guān)鍵詞】：氣缸蓋 鑄造模擬 殘余應(yīng)力 應(yīng)力狀態(tài) 疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK423
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 本論文研究的背景和意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 鑄造殘余應(yīng)力研究進(jìn)展12-14
• 1.2.2 氣缸蓋有限元研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 疲勞問(wèn)題研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 論文的主要內(nèi)容18-21
• 第2章 氣缸蓋鑄造過(guò)程數(shù)值模擬21-40
• 2.1 充型及凝固過(guò)程理論21-24
• 2.1.1 充型過(guò)程基本方程21-22
• 2.1.2 凝固過(guò)程基本方程22-24
• 2.2 數(shù)值模擬計(jì)算平臺(tái)的選擇24-27
• 2.2.1 ProCast的介紹25
• 2.2.2 Abaqus的介紹25-26
• 2.2.3 ProCast與Abaqus數(shù)據(jù)接口介紹26-27
• 2.3 氣缸蓋鑄造系統(tǒng)設(shè)計(jì)27-29
• 2.3.1 澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)27-28
• 2.3.2 冒口設(shè)計(jì)28-29
• 2.4 數(shù)值模擬前處理29-32
• 2.4.1 柴油機(jī)氣缸蓋有限元模型建立29-30
• 2.4.2 鑄造工藝設(shè)置30-32
• 2.5 鑄造過(guò)程數(shù)值模擬分析32-39
• 2.5.1 鑄造充型過(guò)程仿真32-35
• 2.5.2 鑄造凝固過(guò)程仿真35-37
• 2.5.3 殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果37-39
• 2.5.4 殘余應(yīng)力結(jié)果的導(dǎo)出39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第3章 氣缸蓋載荷特征分析40-49
• 3.1 氣缸蓋所受載荷類型40-41
• 3.2 氣缸蓋的機(jī)械負(fù)荷41-43
• 3.2.1 螺栓預(yù)緊力41-42
• 3.2.2 燃?xì)獗l(fā)壓力42-43
• 3.2.3 過(guò)盈利43
• 3.3 氣缸蓋的熱負(fù)荷43-48
• 3.3.1 氣缸蓋材料的影響44-45
• 3.3.2 氣缸蓋外部約束的作用45
• 3.3.3 氣缸蓋熱邊界條件45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 氣缸蓋結(jié)構(gòu)有限元分析49-73
• 4.1 氣缸蓋有限元模型的建立49-55
• 4.1.1 邊界條件及材料屬性50
• 4.1.2 熱邊界條件50-51
• 4.1.3 網(wǎng)格的導(dǎo)入與劃分51-53
• 4.1.4 預(yù)定義應(yīng)力場(chǎng)（殘余應(yīng)力）的設(shè)置53-55
• 4.1.5 直接修改inp文件建模的方法55
• 4.2 氣缸蓋靜強(qiáng)度計(jì)算55-65
• 4.2.1 溫度場(chǎng)計(jì)算56-57
• 4.2.2 應(yīng)力計(jì)算57-65
• 4.3 氣缸蓋在循環(huán)加載下的應(yīng)力分析65-72
• 4.3.1 多軸加載的判斷方法65-66
• 4.3.2 不同位置的應(yīng)力狀態(tài)66-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第5章 氣缸蓋疲勞壽命預(yù)測(cè)73-80
• 5.1 低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法73-76
• 5.2 鼻梁區(qū)和排氣道夾壁處的壽命預(yù)測(cè)76-78
• 5.3 噴油器座孔周圍的壽命預(yù)測(cè)78-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第6章 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 全文總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 致謝87

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