本文關(guān)鍵詞：基于有限元法的缸蓋疲勞實驗相關(guān)性研究

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【摘要】：受環(huán)境和經(jīng)濟因素的影響,發(fā)動機朝著高功率密度、低油耗、低排放、可靠性高的方向發(fā)展,故發(fā)動機的爆發(fā)壓力、熱負荷、應力水平也隨之增大,這也就對發(fā)動機各個部件的可靠性提出了更嚴峻考驗。在柴油機的各部件中,氣缸蓋是最容易發(fā)生故障的部件之一。為考核柴油機缸蓋的疲勞壽命,往往通過疲勞試驗對缸蓋進行考核。疲勞測試平臺是快速考核缸蓋疲勞壽命的一種重要手段,但該方法同實際臺架疲勞測試相比,載荷的傳遞、約束等因素有很多差異性,往往造成平臺實驗與臺架實驗在實驗結(jié)果上存在一定的差異性,通過實驗找出造成差異性的影響因素比較困難,故通過數(shù)值模擬的手段探究不同實驗關(guān)聯(lián)性具有十分重要的意義。本文以某柴油機缸蓋為例,采用有限元的方法計算了平臺實驗以及臺架實驗缸蓋在不同工況下的應力,并在應力結(jié)果的基礎(chǔ)上對缸蓋進排氣道鼻梁圓角區(qū)進行了疲勞安全系數(shù)計算,比較了二者的抗疲勞性能。在對臺架缸蓋進行熱應力計算時,為了快速準確的到缸蓋的溫度場,借鑒了相似機型的熱邊界條件,利用投影的方法得到計算機型的熱邊界條件,對于火力面的熱邊界,結(jié)合了硬度塞實驗測溫結(jié)果進行了標定,標定誤差控制在5%以內(nèi),這樣能夠在不失計算準確度的前提下快速得到缸蓋的溫度場,為后續(xù)熱應力計算提供熱載荷。提取出不同工況氣道鼻梁圓角區(qū)的應力以及位移,結(jié)合缸蓋不同部位的剛度分析了造成應力差異的原因,基于疲勞安全系數(shù)的結(jié)果對比,提取圓角區(qū)的疲勞危險點在不同工況下的主應力矢量,通過比較不同工況最大主應力矢量的大小、方向以及相互之間的夾角,探究最大主應力與疲勞損傷的關(guān)系。計算結(jié)果表明,對于缸蓋氣道鼻梁圓角區(qū),在冷態(tài)工況下,平臺實驗能夠較好地模擬臺架缸蓋的疲勞實驗,由于剛度以及約束的差異,平臺實驗測得的缸蓋抗疲勞性能要低于臺架缸蓋,這為測試留出了余量,但與熱態(tài)工況的臺架缸蓋相比,熱應力對缸蓋安全系數(shù)降低幅度較大,低于平臺實驗結(jié)果；通過對危險點最大主應力的矢量的對比,最大主應力的方向會偏離圓角切線方向,故在考核疲勞安全性時應當予以考慮;最后通過對圓角結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,平臺以及臺架氣道鼻梁圓角區(qū)的安全系數(shù)都有不同程度的提高,且缸蓋即使在熱態(tài)工況下,抗疲勞性能也可滿足要求,對缸蓋的改進提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：缸蓋 平臺 臺架 疲勞 模擬計算 主應力矢量
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 課題的研究背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究方法及現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 研究方法13
• 1.2.2 國外研究趨勢及現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 國內(nèi)研究趨勢及現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 缸蓋冷態(tài)靜強度分析18-34
• 2.1 彈性力學及有限元理論基礎(chǔ)18-21
• 2.2 平臺缸蓋冷態(tài)靜強度計算21-25
• 2.2.1 平臺缸蓋計算模型的建立及網(wǎng)格劃分21-22
• 2.2.2 材料屬性22-23
• 2.2.3 計算工況及邊界載荷23-25
• 2.3 臺架缸蓋冷態(tài)靜強度計算25-28
• 2.3.1 臺架缸蓋計算模型的建立及網(wǎng)格劃分25-27
• 2.3.2 材料屬性27
• 2.3.3 計算工況及邊界載荷27-28
• 2.4 缸蓋強度計算結(jié)果分析及對比28-34
• 第3章 缸蓋熱態(tài)靜強度分析34-50
• 3.1 傳熱學理論基礎(chǔ)34-37
• 3.2 缸蓋溫度場測溫試驗37-41
• 3.2.1 缸蓋火力面測溫方法——硬度塞法38-39
• 3.2.2 硬度塞材料及尺寸39
• 3.2.3 測溫試驗39-40
• 3.2.4 硬度塞測溫結(jié)果40-41
• 3.3 臺架缸蓋溫度場有限元計算41-47
• 3.3.1 冷卻水腔模擬計算41-42
• 3.3.2 換熱邊界投影42-43
• 3.3.3 火力面換熱系數(shù)修正43-44
• 3.3.4 溫度場計算模型44-46
• 3.3.5 溫度場計算結(jié)果分析46-47
• 3.4 臺架缸蓋熱-機耦合強度計算模型47
• 3.5 計算結(jié)果分析47-50
• 第4章 缸蓋疲勞計算結(jié)果對比50-56
• 4.1 疲勞計算概述50
• 4.2 缸蓋疲勞計算模型及參數(shù)50-52
• 4.2.1 疲勞試驗平臺試驗結(jié)果50-51
• 4.2.2 計算模型及參數(shù)51-52
• 4.3 疲勞計算結(jié)果分析及對比52-56
• 4.3.1 平均應力52-53
• 4.3.2 應力幅53-54
• 4.3.3 疲勞安全系數(shù)54-56
• 第5章 缸蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析56-64
• 5.1 優(yōu)化方案56
• 5.2 優(yōu)化方案結(jié)果對比56-57
• 5.3 臺架與平臺缸蓋主應力矢量分析57-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 全文總結(jié)64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻66-70
• 致謝70-71
• 附件71

【參考文獻】

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本文編號：978212