柴油机缸盖热固耦合强度故障诊断与优化设计分析

本文利用一维热力学、三维流体力学、三维有限元法和虚拟疲劳强度预测方法,系统的对某机型柴油机的缸盖进行模拟计算,针对缸盖中的裂纹失效进行故障诊断、找到故障原因,并提出优化方案,最终通过试验验证方案的有效性。采用热固耦合计算方法完成了缸盖结构的失效模式分析,同时,文中对柴油机缸盖故障诊断和改进设计过程中值得关注的细节也做了详细分析,试验结果证明该分析方法对缸盖结构优化和改进工作有重要的工程指导作用。     

变海拔条件下柴油机缸盖热状态变化规律研究

针对实际高原场景下,部分柴油机出现了缸盖局部烧蚀的问题,对不同海拔条件下柴油机缸内传热过程及其对发动机缸盖热状态的影响进行了研究,通过仿真手段计算得到了不同海拔条件下缸盖火力面的温度场分布情况。结合高原实机试验的具体数据,在确定缸盖热侧的边界条件时考虑了两种情况,分别是仅考虑对流换热以及同时考虑了对流和辐射换热的情况。通过对比两种边界条件下的仿真结果,分析研究了缸盖温度场随海拔高度的变化规律及其成因。研究结果表明,缸内对流传热量随海拔的上升逐渐下降,4 500 m海拔缸盖最高温度点温度较平原下降6.2%;缸内辐射和对流的传热总量随海拔高度的上升而上升,4 500 m海拔缸盖最高温度点温度较平原上升15.6%,说明了缸内辐射对换热产生的影响。     

缸盖底板导流圆弧对燃气机缸内流动和缸盖温度场的影响研究

采用CFD-FEA耦合方法,CFD计算提供水套侧和不同结构缸盖底板燃气侧的温度和换热系数给FEA模型,FEA进行传热量分析.结果表明:和无导流圆弧的方案相比,缸盖底板设计导流弧形后,在挤流过程中,滚流覆盖区域更大,火花塞附近的宏观运动速度和湍动能都提升,滞燃期稍有增加,主燃期略微缩短;缸盖底板的散热量占比减小3.377...     

基于热-结构耦合的热水循环泵结构强度研究

热水循环泵广泛应用于各种增压设备,其结构是否安全可靠关系到整个机组能否正常运行。采用热-结构耦合分析方法检验热水循环泵结构的可靠性。以该泵外特性试验为基础,分别计算不同介质温度情况下流体域压力和温度,结构的温度、等效应力和总变形,并比较不同介质温度对各个量之间的影响。根据第四强度理论对泵壳结构强度校核分析。结果表明,介质温度变化对温度载荷引起的应力及变形影响大于压力载荷所引起的,在介质温度高于常温的结构分析过程中不可以忽略温度影响;随着介质温度的升高,泵结构的温度值随之增加,支架的温度高于泵体的,且温度梯度不大;泵体应力集中位于隔舌处,因此在泵体结构设计中隔舌的设计尤为关键。结构强度校核分析得到介质温度为25℃和40℃时,泵壳结构强度满足要求。     

基于摩擦配副变形的轴向柱塞泵配流副流固热耦合影响因素分析

通过考虑轴向柱塞泵配流盘摩擦配副的缸体和配流盘耦合变形,建立了配流副的热流固多场耦合仿真分析模型。用有限元法求解模型中的柱塞流道压力场和温度场以及配副耦合热变形,其结果能够可视化地实时观测在整泵运动过程中两配副表面不同的温度和变形动态分布过程,从而揭示出多因素对其表面油液润滑特性的影响规律,并指出各因素的影响的权重。结果表明：配流副油液的压力和温度与配副两表面的热弹性变形量的具有耦合交互影响,在轴向柱塞泵的配流副高压压油区,由于压力较大,此区域结构变形和温度分布较大。不同工况条件下,压力和转速的提高,会导致结构的应力变形和温度分布成正相比。压力对变形和温度的影响权重均大于60%,明显大于速度的影响,压力对其起着决定性作用。     

盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50～60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明：考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。     

热-机耦合条件下气缸盖强度及疲劳寿命分析

针对气缸盖在工作中承受交变载荷,容易形成疲劳损坏的现象,介绍了一种快速有效的方法来计算气缸盖的疲劳寿命.首先利用Hypermesh软件建立了有限元模型,针对不同区域设置了不同的单元密度,并通过有关参数来控制网格的质量.然后利用Abaqus软件分别计算了气缸盖的温度场、稳态应力场和耦合应力场,在温度场的计算中,将燃烧室火...     

多路阀阀芯流固热耦合研究

针对多路阀高压大流量,流道结构复杂,节流温升大,造成阀芯易卡滞的问题,采用流固热耦合分析方法对阀芯进行了仿真研究。采用非线性有限元软件ADINA分别建立了阀芯固体模型和阀芯区域流道的流体模型,设置了流固热耦合边界条件,流体计算应用了k-ε湍流模型。在仿真中设置进油压力30 MPa,进油流速0.5 m/s,阀芯初始温度20℃,进油温度分别设置为25, 30, 35, 40℃。通过研究获得阀芯温度受影响区域在与油液接触处,远离油液的区域阀芯温度变化不大,阀芯上节流槽受油液温度影响最大,说明合理设计节流槽结构可降低温度效应对阀芯的影响,阀芯变形主要产生在回油区域,油液温度越高阀芯变形越大,阀芯卡死将产生于回油附近区域,同时随着油液温度的增加,阀芯变形加大,工作腔压力将上升,回油流速将下降。     

高温高压核电闸阀流固热耦合分析

以高温高压核电闸阀为研究对象,分析了流固热三场耦合的原理。数值模拟后得到流体的压力、速度和温度分布,以及闸阀的变形和应力分布。通过对闸阀施加载荷,分析压力和温度对闸阀性能的影响。模拟结果显示,流体在阀座部位产生压力波动,并在底部产生涡流,流体压力能转换成热能。在不限制闸阀整体自由变形的情况下,因热产生的变形较大,因流体压力产生的应力较大,热变形能减小闸阀因流体压力作用而产生的应力。     

转动热源作用下的制动盘顺序热机耦合分析

当对制动器进行设计时,需对像循环制动工况等重负荷工作条件下的制动盘热机耦合现象进行研究。考虑到采用完全热机耦合方法存在求解时间长、且不容易收敛的缺点,不适合分析制动时间较长的重负荷制动工况,同时传统的基于固定热源的顺序热机耦合又不能很好地模拟热源转动的真实情况。因此,提出基于转动热源的顺序热机耦合法,在验证该方法的可行性后,将其运用至循环制动工况的热机耦合仿真分析中,仿真结果令人满意,具有工程价值意义。     

基于有限元方法的厚壁圆筒在热力耦合作用下的强度分析

针对在热力耦合复杂工况条件下厚壁圆筒自增强压力及最大工作载荷传统理论解计算困难,提出采用有限元技术及最优化方法,建立了最佳自增强压力及最大工作载荷优化模型,在不考虑温度载荷下,数值解与理论解误差仅为0.24%,从而验证了数值模型的可靠性,同时对圆筒在不同受热方式下的结构承载特性进行了定量分析,并给出了在内加热条件下圆筒的最佳自增强压力和最大工作载荷.     

柴油机气缸盖热-固耦合分析

在建立气缸盖实体模型的基础上,利用相关边界条件计算了气缸盖上各区域的换热系数,并对气缸盖进行了温度场仿真计算;分析了在多种工况下气缸盖的应力,确定了结构上的薄弱区域。认为当气缸盖受到热-固耦合共同作用时,气缸盖内部拉压情况变得更加复杂,各部分应力呈现明显的非线性。     

热力耦合反问题研究

引入Bregman距离函数及其加权函数,应用正则化技术,建立一种非定常热力耦合反问题的数值求解模式.利用测量信息和计算信息的残差构造最小二乘函数,将反演识别问题转化为一个优化问题进行求解.时域上采用时域精细算法进行离散,空间上采用八节点等参元技术进行离散,分别建立便于敏度分析的热力耦合正演和反演数值模型.该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响,而且也便于正演和反演问题的敏度分析,可对热导率和热边界条件等宗量进行有效的单一和组合识别.给出相关的数值算例,对信息测量误差以及不同函数形式的计算结果作了探讨.数值结果表明,所建模型能够对非定常热力耦合反问题进行有效的求解,对各宗量进行有效的识别,并具有较高的计算精度、较好的稳定性和一定的抗噪性.     

循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒的热棘轮极限

热棘轮失效是薄壁圆筒的主要失效模式之一,现有ASME锅炉及压力容器规范和EN13445等设计标准主要考虑环向应力,而未考虑轴向应力条件,使得设计结果可能偏于不安全。针对循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒热棘轮设计理论的不足,采用非循环分析方法系统研究双轴应力状态下薄壁圆筒热棘轮极限的解析解,重点考虑轴向压缩应力对循环温度梯度和稳定内压组合载荷下薄壁圆筒热棘轮极限的影响,并提出相应的设计方法,并采用有限元法对理论结果进行验证。结果表明,循环热-机械载荷下轴向压缩应力会显著降低薄壁圆筒的热棘轮极限,且理论解与有限元分析结果吻合良好,这说明此方法可用于循环热-机械双轴载荷及类似工况下薄壁圆筒的热棘轮设计限,具有良好的工程价值。     

基于力热耦合作用的磨齿残余应力研究

根据磨齿残余应力的产生机理,运用热弹塑性理论,得出了影响螺旋锥齿轮磨齿残余应力的磨齿基本参数、磨削力和磨齿热等特征参量的数学模型。在单齿3D有限元模型基础上,磨削力的处理采用小步距移动法,力热耦合运用间接法,对螺旋锥齿轮进行了磨齿残余应力的有限元模拟与分析。结果表明：磨削后的螺旋锥齿轮齿面呈现残余压应力,里层为残余拉应力,其大小随磨削条件和磨削用量等因素的不同,呈现一定的变化规律;磨齿残余应力随磨削深度和砂轮速度的增大而增大,而随展成速度的增大而减小;湿磨比干磨可明显减小磨齿残余应力。最后,试验验证了力热耦合有限元分析螺旋锥齿轮磨齿残余应力的有效性,并与直齿圆柱齿轮的磨齿残余应力进行了试验对比分析。研究结果为螺旋锥齿轮磨齿质量的控制提供了依据。     

蠕墨铸铁气缸盖激光热冲击研究

试验研究:整形后的激光热冲击蠕墨铸铁气缸盖.通过红外测温仪监测特征点温度波动;采用CCD摄像头监控试样的表面状态.通过扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)和硬度仪表征了热冲击试验后试样的组织和硬度变化.结果表明:蠕墨铸铁气缸盖通过2000次热冲击;热冲击试验后蠕墨铸铁气缸盖的组织和硬度没有明显变化,说明在热冲击试验温...     

基于流固耦合柴油机气缸盖温度场的分析

随着柴油机性能的不断强化,气缸盖的传热与热负荷成为一个非常重要的研究方向。首先利用Pro/E软件建立了柴油机气缸盖的几何模型,并对其进行了必要的简化处理;然后利用Hypermesh8.0对气缸盖进行网格划分,利用流固耦合的方法得到三维热边界条件;最后通过ABAQUS软件对柴油机整个冷却系统进行一维冷却计算分析,得出气缸盖火力面的温度场云图。     

影响油井管镀铜接箍紧密距(A值)的因素研究

在油井管产品的检验过程中,紧密距(A值)是接箍检验中的重要参数之一。API标准明确规定了车丝后的接箍公差范围,并描述了表面处理和管拧后的接箍可能产生的变化,但没有规定公差范围。镀层和拧接两道工序对最终紧密距的影响不可确定性,因此相关标准没有明确规定。本文主要研究镀层和管拧对接箍紧密距的影响。     

发动机气缸盖加工工艺研究

结合近年来国内外发动机行业的发展趋势,对结构复杂的发动机气缸盖进行了加工工艺研究。在研究中,讨论了零件定位问题,设计了夹具,并选择了加工刀具。针对发动机气缸盖气门座圈、气门导管孔系和凸轮轴孔,分别进行了加工工艺分析。     

基于ANSYS Workbench 的热压头热-结构耦合分析

应用三维软件SolidWorks建立某型号热压头三维模型,基于有限元分析软件ANSYS Workbench建立其有限元模型,并对热压头进行热-结构耦合分析,得到了焊接过程中热压头的热变形,验证了温度对热压头焊接精度的影响,为热压头结构的进一步优化设计提供基础。