本文關鍵詞：小型增壓強化汽油機缸蓋熱機疲勞分析研究

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【摘要】：缸蓋是發(fā)動機的關鍵零部件之一,其性能直接決定著整機運行的可靠性。本課題源于工程實際,以某款1.0L增壓汽油機正向開發(fā)中的缸蓋設計為背景,針對缸蓋熱機疲勞的機理、模擬仿真分析和評價方法進行了全面而深入的研究。通過在設計初期對發(fā)動機正常工作過程及缸蓋冷熱沖擊試驗進行模擬,預測其高周疲勞安全系數(shù)和低周疲勞壽命,為新一代發(fā)動機的可靠性設計提供依據(jù)。首先,建立三維整機模型和有限元網(wǎng)格模型。通過整體接觸多場分步耦合研究方法,建立包含完整缸蓋、機體、缸蓋墊和缸蓋螺栓的接觸關系模型,避免了缸蓋局部模型研究不足;通過對冷卻水套和缸內工作過程的CFD分析獲取了熱負荷分析所需的熱邊界條件,降低了由經(jīng)驗公式計算而來的熱邊界條件造成的誤差。其次,采用流-固耦合方法分析缸蓋熱負荷,并對缸蓋在熱機負荷綜合影響下的應力應變進行了彈塑性有限元分析。結果表明,缸蓋標定工況最高溫度為217.2℃,低于鑄鋁合金的工作溫度限值260℃;缸蓋火力面上危險點的等效塑性應變趨于穩(wěn)定后的數(shù)值為2.088e-03,低于0.02的安全限值,是安全的。然后,采用上述結果設置不同分析步,對缸蓋熱機疲勞性能進行預測。結果表明,高周疲勞最小的安全系數(shù)為1.21,大于1.1的安全系數(shù)限值;低周疲勞最低壽命為7480循環(huán),滿足發(fā)動機可靠性試驗規(guī)定的3000循環(huán)和工程設計要求;低周疲勞危險點機械損傷和氧化損傷占總損傷的比例分別為96.47%和3.42%。根據(jù)可靠性設計分析理論,缸蓋結構在高周疲勞應力水平下的可靠度為98.3%,而在低周疲勞應力水平下的可靠度為90.6%,缸蓋低周疲勞可靠性低于高周疲勞。最后,對發(fā)動機樣機進行可靠性試驗。試驗結果表明,缸蓋性能與預期相符,證明了本文數(shù)值模擬計算及評價方法的有效性。本文提出了正向工程中全面預測缸蓋熱機疲勞性能的研究方法,具有重要的工程實際意義。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK413

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本文編號：1253434