國Ⅴ柴油機缸蓋正向設計開發(fā)及多場耦合三維數(shù)值分析.pdf

1、在發(fā)動機的研究與設計領域,如何更精確實現(xiàn)將有限元結構分析擴展到極限變形分析、熱應力與機械應力等多種物理場的耦合分析,是一個長期面臨的需要不斷經驗積累和技術進步才能解決的難題。本文以正向開發(fā)過程中的某款商用柴油機為研究對象,通過CAE有限元分析手段預測發(fā)動機缸蓋的溫度場及在多場耦合作用下分析缸蓋的耦合應力、應變。
　　首先,建立CAD整機模型,為盡可能貼近實際工作環(huán)境,對發(fā)動機主體結構包括機體、缸蓋、水套、油芯等不做大幅度簡化,僅對

2、機體、缸蓋外圍附件搭子進行簡化,并適當簡化螺栓和缸蓋墊。
　　然后,建立了缸蓋、缸墊和機體整機傳熱模型,采用流固耦合方法對該模型進行了溫度場分析。首先通過專業(yè)軟件AVL-FIRE對缸內工作過程和冷卻水套進行三維數(shù)值分析,取得燃燒傳熱邊界和冷卻水套傳熱邊界;然后將計算得到的傳熱邊界映射至整機表面網格,利用有限元軟件對整機模型溫度場進行求解。通過以上計算確定冷卻水套的入口質量流量,并研究不同冷卻液入口質量流量對缸蓋熱負荷的影響。

3、>　　最后,建立了缸蓋、缸墊和機體整機結構有限元模型,采用間接法分析缸蓋的熱應力和熱機耦合應力、應變,即先通過熱力計算求解出整機的溫度場,將以上計算得到的溫度場作為預定義場來加載,再與機械載荷(包括缸蓋螺栓預緊力、氣門座圈過盈余力和爆發(fā)壓力)耦合作用進行求解。主要分析了缸蓋在受到各缸爆發(fā)壓力下的耦合應力及變形,并與缸蓋在受到單一機械載荷場下的應力、變形進行了比對分析。同時研究了各缸爆發(fā)壓力對缸蓋高周疲勞的影響。
　　結論:模擬結果