【摘要】：隨著柴油機功率逐漸強化,對柴油機的結(jié)構(gòu)和性能有了更高的要求,因此對缸蓋進行結(jié)構(gòu)強度以及疲勞研究有重要意義。缸蓋熱負(fù)荷的評價以溫度為主要依據(jù),溫度超過材料承受范圍時會發(fā)生燒結(jié)等狀況。在同時承受熱載荷和機械載荷是,即使載荷未達到缸蓋極限,隨著使用時間的增長在持續(xù)熱-機械載荷的作用下仍然很容易使缸蓋在關(guān)鍵區(qū)域發(fā)生裂紋,致使其產(chǎn)生漏水、漏油、漏氣,影響缸蓋的正常使用。本文將計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)和有限元分析(Finite Element Analysis)結(jié)合起來,對缸蓋結(jié)構(gòu)強度、疲勞進行了深入的研究,探明了燃燒強度、冷卻液流動參數(shù)、機械載荷對缸蓋熱可靠性的影響規(guī)律,可以對柴油機的強化和可靠性分析提供指導(dǎo)性意見。利用流-固耦合方法建立缸蓋-缸體-水套的耦合換熱模型,對水套的壓力、速度、換熱系數(shù)進行分析,在此基礎(chǔ)上根據(jù)缸蓋壁面邊界條件對缸蓋溫度場進行計算,并通過缸蓋火力面溫度試驗對仿真結(jié)果進行驗證。建立缸蓋-缸墊-缸體等組件的有限元模型,分別進行缸蓋在機械載荷、熱載荷、熱-機械載荷三種工況下的結(jié)構(gòu)強度計算,對其危險部位的應(yīng)變-應(yīng)力進行分析研究。根據(jù)不同工況應(yīng)力-應(yīng)變分析結(jié)果對缸蓋疲勞進行研究,計算得到缸蓋整體的高周疲勞安全系數(shù)分布。考慮變溫度下的材料屬性分別計算額定工況、怠速工況下的熱-機耦合應(yīng)力-應(yīng)變并結(jié)合應(yīng)變疲勞方法計算缸蓋的低周疲勞壽命。為了研究柴油機缸蓋在熱-機械耦合作用下的熱可靠性,利用最優(yōu)拉丁超立方法以及橢球基(EBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立燃燒強度、冷卻液流動參數(shù)、機械載荷與火力面最高溫度、火力面最大耦合應(yīng)力、缸蓋的疲勞可用因子的近似模型,研究各參數(shù)變化對柴油機缸蓋熱可靠性的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421
【圖文】：

題的背景與意義油機是廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的一種動力機械，在國防研究、工程中有著不可替代的作用。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計方法對柴油機零部件進行足傳熱、結(jié)構(gòu)強度、加工工藝等設(shè)計要求，最后對整機進行優(yōu)化匹著科學(xué)技術(shù)的進步以及市場的需求，內(nèi)燃機功率逐漸被強化，對性能有了更高的要求，因此對缸蓋進行結(jié)構(gòu)強度以及疲勞研究有蓋是柴油機最重要的零件之一，其下表面、缸套內(nèi)壁以及活塞上室，當(dāng)燃燒室的燃?xì)膺M行燃燒時缸蓋承受著很大的熱載荷的作用缸體還通過螺栓連接，缸蓋還承受螺栓預(yù)緊力以及爆發(fā)壓力等機載荷工況十分惡劣。散熱水腔最為重要缸蓋結(jié)構(gòu)之一，如果設(shè)個冷卻系統(tǒng)冷卻[4]不佳（冷卻系統(tǒng)如圖 1-1 所示），影響正常燃燒。水套內(nèi)流動封閉不可見，實驗觀察、實驗直接設(shè)計與研究十分采用 CFD 的方法對其進行分析。

圖 1-2 鼻梁區(qū)域疲勞斷裂圖Figure 1-2 Fatigue failure of the bridge region依托某國家重點新產(chǎn)品計劃，以某柴油機缸蓋溫度場進行分析，在溫度載荷的基礎(chǔ)上考慮最大蓋進行熱-機械耦合應(yīng)力分析，對缸蓋的應(yīng)力-應(yīng)有限元的計算結(jié)果對缸蓋進行爆發(fā)工況下的高計算，最后利用最優(yōu)拉丁超立方法以及橢球基型，研究燃燒強度、冷卻液流動參數(shù)、機械載荷可以對柴油機的強化和可靠性分析提供指導(dǎo)性究現(xiàn)狀水套 CFD 仿真研究現(xiàn)狀學(xué)（CFD）是計算機快速發(fā)展與流體力學(xué)計算相學(xué)大大方便了對汽車流體區(qū)域的數(shù)值仿真模擬

第二章 缸蓋流-固耦合傳熱研究式中： g 表示重力加速度； 為空氣的體膨脹系數(shù)； t 為壁面與空氣的溫差；l代表缸蓋的長度；v空氣的運動粘度；4） 對于冷卻水腔內(nèi)表面以及水套液體外表面，壁面熱交換條件設(shè)置interface，由 fluent 進行缸蓋流-固耦合的計算。.3 流-固耦合模型的建立流-固耦合模型主要是包括兩個部分，水套流體網(wǎng)格以及缸蓋、缸體、缸套等固體網(wǎng)格，根據(jù)模型大小以及經(jīng)驗，將基本尺寸設(shè)置為 4mm（網(wǎng)格要表 2-1 所示），對流體以及固體均按照四面體網(wǎng)格進行劃分，在水套交界邊界層的設(shè)置，邊界層數(shù)為三層。然后進行網(wǎng)格劃分，最終固體網(wǎng)格約 800 套流體網(wǎng)格約 220 萬，從左往右依次是第一缸、第二缸、第三缸、第四缸缸、第六缸，流體和固體網(wǎng)格模型如圖 2-1、2-2 所示，缸蓋、缸體、缸套的材料屬性如下表 2-2、2-3 所示：

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 劉凱;姚煒;張超;;基于CFD技術(shù)的發(fā)動機水套選型及優(yōu)化設(shè)計[J];汽車零部件;2014年10期

2 陳先民;董登科;李珊山;;細(xì)節(jié)疲勞額定值法的拓展應(yīng)用研究[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2014年03期

3 馮貝貝;張少華;蘇正杲;周武明;;增壓直噴汽油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化的研究[J];內(nèi)燃機;2013年02期

4 鄧幫林;劉敬平;楊靖;趙智超;付建勤;;某缸蓋熱機疲勞分析[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

5 李智;黃榮華;程曉軍;李威;;內(nèi)燃機缸蓋水腔內(nèi)過冷沸騰數(shù)值模型研究[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2010年03期

6 王書義，王憲成，段初華，尹勝波;發(fā)動機冷卻水三維流動數(shù)值模擬基礎(chǔ)研究[J];內(nèi)燃機學(xué)報;1994年01期

7 王旭;吳昌華;;柴油機氣缸蓋機械變形和應(yīng)力的精確三維分析[J];大連鐵道學(xué)院學(xué)報;1990年03期

8 高尾武;衣川光宏;湯林華;;中速柴油機氣缸蓋應(yīng)力分析[J];國外艦船技術(shù)(內(nèi)然機類);1981年12期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 紀(jì)春玲;柴油機缸蓋氣側(cè)傳熱模型及適應(yīng)性研究[D];山東大學(xué);2016年

2 陳思南;冷啟動過程中柴油機氣缸蓋熱機耦合應(yīng)力及低周疲勞壽命計算分析[D];浙江大學(xué);2016年

3 汪紹斌;冷卻水參數(shù)對缸蓋熱疲勞模擬試驗熱狀態(tài)的影響研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 魏鑫;缸蓋冷卻水腔局部結(jié)構(gòu)對疲勞強度的影響研究[D];浙江大學(xué);2016年

5 孟令春;考慮鑄造殘余應(yīng)力的柴油機氣缸蓋有限元分析[D];北京理工大學(xué);2016年

6 楊大軍;蠕鐵氣缸蓋疲勞壽命預(yù)測研究[D];北京理工大學(xué);2015年

7 黨娟;基于熱—流—固耦合的氣缸蓋疲勞壽命預(yù)測方法研究[D];中北大學(xué);2015年

8 梁禮光;轎車后副車架減重優(yōu)化設(shè)計方法研究及應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2014年

9 魯震;高速汽油機缸蓋水套CFD分析及傳熱研究[D];湖南大學(xué);2014年

10 劉宇;基于近似模型的車輛懸架參數(shù)優(yōu)化研究[D];西南交通大學(xué);2013年

本文編號：2788136