本文關鍵詞：考慮關聯結構的氣缸蓋熱—流—固耦合仿真分析

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【摘要】：隨著高功率密度柴油機的研究不斷深入,對氣缸蓋的結構強度設計也日益成為研究領域的熱點問題;而針對氣缸蓋的研究目前主要集中在氣缸蓋穩(wěn)態(tài)下的熱負荷和機械負荷的研究,且很少考慮關聯結構對氣缸蓋結構強度的影響。為此,本文進行了考慮配氣機構和排氣管關聯結構瞬態(tài)影響下的氣缸蓋熱-流-固耦合仿真研究,并開展了相關結構的影響規(guī)律分析,為氣缸蓋的設計提供一定的技術指導。主要內容如下:(1)通過內燃機性能仿真軟件,建立了多缸柴油機的分析模型,獲得了缸內燃燒壓力曲線和排氣管內壓力波動曲線;并搭建了發(fā)動機配氣機構的多體動力學模型,分析了氣門底座對氣缸蓋氣門座圈的循環(huán)沖擊載荷;另外,利用瞬態(tài)動力學分析方法,建立氣缸蓋和機體以及排氣管的組合結構模型,并考慮了排氣管內的壓力波動影響,求解了排氣管對氣缸蓋排氣側壁的循環(huán)作用力。(2)利用有限元分析軟件,建立了考慮沸騰換熱的氣缸蓋冷卻水腔仿真模型,獲得了冷卻水腔的熱邊界條件和氣缸蓋的溫度場;并通過氣缸蓋溫度場的測量試驗與仿真結果進行了比較,驗證了仿真模型的準確性;然后,通過改變影響沸騰換熱的流場邊界參數,研究了氣缸蓋冷卻水腔換熱溫度隨影響因素的變化關系。(3)基于得到的氣缸蓋熱邊界條件和力邊界條件,建立了多激勵下的氣缸蓋組合結構的瞬態(tài)分析模型,并進行了氣缸蓋的熱-流-固耦合仿真分析,獲得了氣缸蓋的應力分布,并與常規(guī)計算的結果進行比較,得到了應力顯著增加的部位;在此基礎上,進一步開展了考慮多激勵下的氣缸蓋結構參數影響規(guī)律研究,獲得了不同結構參數變化下的冷卻水腔溫度和氣缸蓋應力的變化規(guī)律。
【關鍵詞】：氣缸蓋 配氣機構 排氣管 沸騰換熱 熱-流-固耦合
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內外發(fā)展狀況12-16
• 1.2.1 國內發(fā)展現狀12-15
• 1.2.2 國外發(fā)展現狀15-16
• 1.3 論文研究主要內容16-19
• 第二章 考慮關聯結構的氣缸蓋力邊界計算19-39
• 2.1 爆發(fā)壓力和排氣管壓力的計算19-24
• 2.1.1 仿真分析模型建立19-21
• 2.1.2 仿真邊界條件的設定21-22
• 2.1.3 計算結果分析22-24
• 2.2 配氣機構氣門座圈沖擊作用計算24-32
• 2.2.1 配氣機構動力學理論基礎25
• 2.2.2 配氣機構多體動力學模型建立25-29
• 2.2.3 配氣機構多體動力學模型仿真計算29-30
• 2.2.4 配氣機構多體動力學結果分析30-32
• 2.3 排氣管振動對氣缸蓋的作用力計算32-38
• 2.3.1 組合結構的模型建立32-35
• 2.3.2 組合結構的模態(tài)計算35-36
• 2.3.3 組合結構仿真結果分析及比較36-38
• 2.4 本章小結38-39
• 第三章 考慮沸騰換熱的氣缸蓋熱邊界計算39-60
• 3.1 氣缸蓋的沸騰換熱理論39-44
• 3.1.1 沸騰換熱理論39-40
• 3.1.2 流動沸騰換熱研究模型40-42
• 3.1.3 沸騰換熱的經驗公式42-44
• 3.2 氣缸蓋水腔的仿真分析44-50
• 3.2.1 氣缸蓋水腔模型的建立44-45
• 3.2.2 氣缸蓋水腔網格的劃分45-46
• 3.2.3 氣缸蓋固體域邊界條件46-48
• 3.2.4 氣缸蓋流體域邊界條件48-50
• 3.3 熱-流-固耦合溫度場的結果分析50-54
• 3.3.1 考慮沸騰前后傳熱系數的變化50-51
• 3.3.2 考慮沸騰前后換熱溫度的變化51
• 3.3.3 考慮沸騰前后水腔壓力的變化51-53
• 3.3.4 氣缸蓋溫度場的試驗驗證53-54
• 3.4 不同因素對沸騰換熱的影響分析54-58
• 3.4.1 氣泡直徑對沸騰換熱的影響55-56
• 3.4.2 冷卻水進口溫度對沸騰換熱的影響56-57
• 3.4.3 冷卻水進口流速對沸騰換熱的影響57-58
• 3.5 本章小結58-60
• 第四章 多激勵作用下的氣缸蓋結構應力分析60-77
• 4.1 氣缸蓋組合結構建模60-63
• 4.1.1 組合結構模型建立60-61
• 4.1.2 材料屬性61-62
• 4.1.3 網格劃分模型62
• 4.1.4 組合結構的模態(tài)分析62-63
• 4.2 邊界條件的施加63-71
• 4.2.1 螺栓預緊力64
• 4.2.2 瞬態(tài)爆發(fā)壓力64-66
• 4.2.3 氣門座圈沖擊作用力66-67
• 4.2.4 排氣側壁作用邊界67-70
• 4.2.5 氣缸蓋的溫度場70-71
• 4.3 氣缸蓋應力場強度分析71-75
• 4.3.1 氣門座圈應力對比71-73
• 4.3.2 排氣道內壁應力對比73-74
• 4.3.3 火力面應力對比74-75
• 4.4 本章小結75-77
• 第五章 氣缸蓋結構參數的影響規(guī)律研究77-89
• 5.1 氣缸蓋的結構參數的影響研究概述77
• 5.2 氣缸蓋的冷卻水腔結構影響規(guī)律研究77-83
• 5.2.1 氣缸蓋冷卻水腔的結構影響規(guī)律方案設計77-79
• 5.2.2 氣缸蓋冷卻水腔的結構影響規(guī)律分析79-83
• 5.3 氣缸蓋卸載槽的結構影響規(guī)律研究83-85
• 5.3.1 氣缸蓋卸載槽結構影響規(guī)律方案設計83-84
• 5.3.2 氣缸蓋卸載槽的結構規(guī)律分析84-85
• 5.4 氣缸蓋底板厚度的結構影響規(guī)律研究85-88
• 5.4.1 氣缸蓋底板厚度的結構影響規(guī)律方案設計85-86
• 5.4.2 氣缸蓋底板厚度的結構影響規(guī)律分析86-88
• 5.5 本章小結88-89
• 第六章 總結與展望89-92
• 6.1 全文總結89-90
• 6.2 課題創(chuàng)新點及展望90-92
• 6.2.1 本文創(chuàng)新點90
• 6.2.2 課題展望90-92
• 參考文獻92-99
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單99-101
• 致謝101

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本文編號：765406