國(guó)Ⅴ柴油機(jī)正向開(kāi)發(fā)中的機(jī)體熱固耦合有限元分析研究.pdf

1、國(guó)Ⅴ柴油機(jī)正向開(kāi)發(fā)中的機(jī)體熱固耦合有柴油機(jī)正向開(kāi)發(fā)中的機(jī)體熱固耦合有限元分析研究限元分析研究ThermalsolidIndirectCouplingFEAonCylinderBodyofChinaⅤDieselEngineinTheProcessofDieselEnginePositiveDesign學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程研究生：李吉亮指導(dǎo)教師：徐玉梁高工天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一二年十二月摘要伴隨著金融危機(jī)對(duì)中國(guó)汽車市場(chǎng)的影響逐漸減

2、弱以及從2009年開(kāi)始國(guó)家出臺(tái)的一系列鼓勵(lì)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，使得中國(guó)汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。而且伴隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)變得至關(guān)重要。本文以正向開(kāi)發(fā)的某款車用柴油機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)CAE有限元分析預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的變形及其對(duì)排放的影響。首先，建立CAD整機(jī)模型和有限元模型。這個(gè)過(guò)程包括對(duì)模型的合理簡(jiǎn)化與模型結(jié)構(gòu)離散化，模型簡(jiǎn)化要遵循有利于有限元計(jì)算的原則，模型離散化要考慮和CFD缸內(nèi)流動(dòng)計(jì)算網(wǎng)格以及CFD冷卻水套計(jì)算

3、網(wǎng)格相映射的原則。其次，本文不僅需要加載螺栓預(yù)緊力、爆發(fā)壓力等機(jī)械載荷，同時(shí)需要考慮水套冷卻場(chǎng)以及缸內(nèi)燃燒熱應(yīng)力場(chǎng)，從而做到全面而準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況分析。特別是探索性的結(jié)合燃燒系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，將缸內(nèi)流動(dòng)邊界條件引入到固體結(jié)構(gòu)分析中來(lái)，真正意義上實(shí)現(xiàn)熱固耦合。在有限元分析過(guò)程中，本文不僅研究了機(jī)械載荷工況下缸孔變形，同時(shí)研究了熱固耦合工況下機(jī)體剛度、強(qiáng)度、缸孔變形、熱負(fù)荷等。仿真分析結(jié)果表明，缸體表面部分主要受到壓應(yīng)力的作用，在熱機(jī)狀態(tài)下缸體

4、最小主應(yīng)力最大值為556MPa，機(jī)體最小安全系數(shù)1.13，水套最小安全系數(shù)1.18，缸口筋最小面壓71.58MPa，油、水筋最小線載荷為123.2Nmm，缸口筋的缸墊振幅最大值為13.6微米，以上各項(xiàng)分析指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)本文著重的分析了缸蓋墊壓縮特性對(duì)缸孔變形的影響，結(jié)果表明缸蓋墊壓縮特性主要影響缸孔三階、四階、六階變形，且不同壓縮特性對(duì)缸孔變形影響較大。然后，為了更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)車用柴油機(jī)優(yōu)化升級(jí)和正向開(kāi)發(fā)過(guò)程中缸孔變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)

5、性能的影響，在基于三維非線性有限元接觸模型的熱固耦合數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)耦合計(jì)算結(jié)果，在快速傅立葉變換（FFT）的基礎(chǔ)上提出了缸孔變形的評(píng)價(jià)參數(shù)竄氣影響系數(shù)、拉缸安全系數(shù)等，應(yīng)用此參數(shù)可以更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)缸孔變形對(duì)竄氣、機(jī)油消耗率和拉缸等情況的影響，從而更加準(zhǔn)確的指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的正向開(kāi)發(fā)工作。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，缸孔正負(fù)變形均在允許范圍之內(nèi)，缸套設(shè)計(jì)合格。最后，外特性試驗(yàn)驗(yàn)證表明發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、功率、比油耗等參數(shù)是正常的，且未出現(xiàn)拉缸、燒機(jī)油、竄氣等