柴油機(jī)氣缸蓋熱-流-固耦合分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施研究.pdf

1、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(lái)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(guò)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

2、。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

3、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(guò)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(guò)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

4、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(guò)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(guò)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(guò)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)

5、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(guò)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