【摘要】：氣缸蓋作為柴油機(jī)的核心構(gòu)件,是承受載荷最大的構(gòu)件中的一個(gè),也是燃燒室的關(guān)鍵組成部分,其結(jié)構(gòu)和形狀都比較復(fù)雜。氣缸蓋工作時(shí)所處的環(huán)境比較嚴(yán)峻,不僅受到高溫氣體的熱負(fù)荷作用,而且也受到來自螺栓預(yù)緊力對(duì)其的應(yīng)力作用。由于高溫燃?xì)鈱?duì)缸蓋的加熱作用和冷卻液對(duì)其的冷卻作用不是很均勻,這樣使得缸蓋的某些高溫部位不能得到很好的冷卻,出現(xiàn)缸蓋過熱等現(xiàn)象,影響其正常的工作。所以,對(duì)氣缸蓋在機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷下進(jìn)行分析研究,探討其改進(jìn)措施具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此,本文在計(jì)算流體體力學(xué)理論、熱傳導(dǎo)理論、熱應(yīng)力理論和接觸理論的基礎(chǔ)上對(duì)缸蓋進(jìn)行多場(chǎng)耦合有限元仿真計(jì)算。首先在ANSYS-CFX軟件中以缸蓋及其內(nèi)部的冷卻液組合體為研究對(duì)象進(jìn)行流-固耦合計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)各部分的溫度場(chǎng)以及流場(chǎng)的分布進(jìn)行分析,為其內(nèi)腔流道結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供參考。其次采用有限元方法對(duì)缸蓋在不同工況下進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)缸蓋在不同工況下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析,進(jìn)而確定其應(yīng)力集中的位置,進(jìn)而明確其工作時(shí)的承載情況。最后根據(jù)缸蓋在不同工況下的有限元仿真結(jié)果,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)措施探討。具體實(shí)施過程及分析結(jié)論如下:(1)采用ANSYS-CFX軟件以氣缸蓋和其內(nèi)部的冷卻液為研究對(duì)象進(jìn)行了流固耦合計(jì)算,而且針對(duì)溫度場(chǎng)以及流場(chǎng)對(duì)其各部分的影響進(jìn)行了分析,通過分析可知:缸蓋內(nèi)的冷卻液在排氣道附近、排氣道的鼻梁區(qū)的冷卻液流速最低,而排氣道排出的高溫燃?xì)獾臏囟葧?huì)使得缸蓋在此處的溫度升高,此處不能合理的冷卻會(huì)影響缸蓋的正常工作,因此應(yīng)該對(duì)排氣道附近的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),以促進(jìn)冷卻液在此處的流速增大,提高此處的冷卻效果;排氣道及其附近的鼻梁區(qū)的流速過低,冷卻液流量小,不能很好地對(duì)排氣道附近區(qū)域進(jìn)行冷卻,所以導(dǎo)致排氣道處的溫度過高。而缸蓋的冷卻液只對(duì)靠近進(jìn)氣道的缸蓋火力面的附近進(jìn)行了冷卻,而對(duì)排氣道附近的火力面附近冷卻效果卻很差,這會(huì)使得排氣道處的火力面附近出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。(2)通過對(duì)缸蓋的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析可知,缸蓋在其螺栓的凸臺(tái)邊緣處、排氣道的鼻梁區(qū)附近、缸蓋內(nèi)部水腔的圓角處容易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象。(3)根據(jù)缸蓋在其螺栓的凸臺(tái)邊緣處、排氣道的鼻梁區(qū)附近、缸蓋內(nèi)部水腔的圓角處容易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過缸蓋的不同細(xì)節(jié)對(duì)其影響程度的不同,提出四種相應(yīng)的改進(jìn)方法,分別為:增大缸蓋上水孔的直徑、降低缸蓋底面的厚度、增大缸蓋上水孔直徑的同時(shí)降低其底面的厚度、缸蓋底面加工卸載槽,以達(dá)到加強(qiáng)缸蓋冷卻效果和減低由應(yīng)力集中引起的疲勞破壞的目的,所得結(jié)論如下:增大缸蓋的上水孔直徑和增大上水孔直徑的同時(shí)減薄缸蓋底面的火力面所在面板厚度對(duì)缸蓋的冷卻效果較好;增大上水孔的直徑使得出水口處、排氣道鼻梁處的流速明顯提高;修改上水孔直徑對(duì)出水口出的流速影響較大,修改上水孔直徑對(duì)排氣道鼻梁處的平均流速影響較大,修改上水孔直徑對(duì)冷卻水腔的交叉口處的平均流速影響較大。同時(shí)增大上水孔直徑和降低缸蓋底面板厚度,能夠明顯使得缸蓋的總體、缸蓋火力面、缸蓋排氣道以及進(jìn)氣道的溫度降低。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK423

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭立新;楊海濤;夏興蘭;;某汽油機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷分析[J];現(xiàn)代車用動(dòng)力;2006年04期

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1 范仲;CY4102BZQ型柴油機(jī)的缸蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與研究[D];天津大學(xué);2003年

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本文編號(hào)：2528601