考虑沸腾传热和流固耦合的缸盖热-机动态应力场研究

为详细研究气缸盖的动态热机耦合应力场,进行了一系列沸腾传热实验,并提出提出一种修正后的RPI模型,在该模型的基础上建立了冷却液缸盖的流固耦合计算模型,同时建立了柴油机的工作过程计算模型。以上述模型为基础,对某重型柴油机缸盖的温度场,热应力场,热机耦合应力场以及动态热机耦合应力场进行了分析,结果显示螺栓预紧力对缸盖的热机耦合应力影响最大,缸盖底部排气门鼻梁区的热负荷较重,应该引起足够的重视。     

发动机气缸盖温度场测试试验系统研究

由于高温和温度分布不均等客观条件,发动机缸盖往往容易形成热疲劳裂纹,严重影响着发动机的可靠性和耐久性。因此,在发动机开发过程中,准确获得气缸盖温度场分布状况极为重要。基于NI硬件设备和LabVIEW软件开发环境设计了一套热电偶温度采集系统,并结合红外测温系统的使用特点,对某单缸风冷汽油机气缸盖进行温度场测试试验研究,以寻求更优的气缸盖温度场测试试验方法,并根据试验数据分析该发动机气缸盖热状态及其随运行工况变化的规律。     

基于Sehitoglu理论的汽油机缸盖低周疲劳研究

采用基于Sehitoglu理论的数值模拟方法对某小型强化汽油机缸盖的低周疲劳(LCF)问题进行了研究。利用流固耦合方法获得了缸盖温度场,计算了其在温度循环波动状态下的结构应力应变,根据弹塑性有限元分析结果计算缸盖LCF寿命。研究结果表明,危险点机械和氧化损伤率分别为96.47%和3.42%,疲劳寿命结果为7 480次循环,此方法综合考虑了机械、氧化和蠕变损伤对疲劳寿命的影响,能够较为全面地预测缸盖LCF寿命。发动机顺利通过样机可靠性试验,证明了上述方法的有效性。     

基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究

为了预测铝合金活塞在高温蠕变影响下的低周热疲劳寿命,根据活塞低周热疲劳试验反求确定其热边界条件,运用有限元法计算其温度场及应力场。考虑材料性能的温度效应,采用疲劳分析软件FE-FATIGUE中的E-N方法进行活塞低循环热疲劳寿命预测,经试验验证,软件预测与试验结果基本吻合。     

基于局部应力应变法的发动机缸盖低周疲劳分析

发动机缸盖受到较高温度的周期载荷,应力较大。对此,基于局部应力应变法,对发动机缸盖进行瞬态循环温度场分析,进而估算其低周疲劳寿命。分析结果表明,发动机缸盖低周疲劳寿命最小值为2 139。在3 000次冷热冲击耐久试验中,发动机缸盖发生开裂,试验结果与分析结果一致。     

某柴油机气缸盖热机耦合强度分析

为了分析缸盖的应力分布,对某6缸中速柴油机缸盖进行热-机耦合强度分析。第一部分对缸盖进行温度场和热应力分析。第二部分对缸盖进行热机耦合强度分析,其中机械载荷通过工作过程模拟得到。通过分析可以得出缸盖内部最大应力出现在鼻梁区和螺栓孔附近,最大应力值为174MP。结果表明,气缸盖的设计符合强度要求。     

发动机水温对耐久考核强度的影响分析

发动机台架耐久试验过程中爆震频繁发生,影响发动机的运行安全,为了保护发动机和试验顺利进行,把水温从105℃改为95℃,爆震强度有较大改善。为了评估降低水温对发动机耐久考核强度的影响,本文基于瞬态温度场结果,得到整个循环下的缸盖燃烧室和排气道温度分布,并基于瞬态温度场进行低周循环下的塑性应变分析,并计算出寿命值进行对比。分析结果表明：1.这两个部件在此试验中均存在有限的寿命值,说明循环负荷试验存在低周寿命验证的作用;2.水温降低后,缸盖燃烧室和排气道的寿命值并未降低,反而有所增加,说明对热机疲劳的考核强度未减弱。     

柴油机缸盖瞬态响应分析

为了给缸盖的疲劳寿命预测提供准确的边界条件,以某型柴油机缸盖为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,采用直接积分法对其进行了标定工况的瞬态计算,将计算结果与有限元静力学分析结果对比,修正了缸盖的瞬态分析方法。考察瞬态计算得到的应力多轴状态,研究高应力梯度部位多轴应力的变化趋势,结果表明:气缸盖在工作时,结构上的多轴比例载荷与多轴非比例载荷状态共存。     

柴油机缸盖流固耦合传热分析与实验验证

为了研究某柴油机工作时气缸燃烧和冷却系统共同作用下缸盖的温度分布,采用流固耦合的方法对其进行温度场分析。运用三维数值仿真计算技术对柴油机缸内的燃烧、冷却过程进行计算,以此得到柴油机缸内燃烧室温度场的分布状态、热换系数等参数,以及冷却系统中缸盖水套的温度分布状态、热换系数;再进行研究,得出冷却水套壁面、缸盖火力面的热边界条件。将上述过程得到的热边界条件应用于气缸盖有限元模型中进行传热耦合计算,最终得到柴油机气缸盖的温度场分布;为了验证此计算结果的有效性,对温度场分布结果进行实验验证,最终确定结果。实验最终表明,柴油机缸盖最高温度远远低于其材料的最高工作温度,分布较为合理。     

某乘用车催化器总成低周疲劳寿命预测

鉴于目前SUS441铁素体不锈钢催化器总成应用低周疲劳寿命预测经验通用公式精度低的不足,对SUS441材料进行高温拉伸试验数据采集,拟合修正了Manson-Coffin公式疲劳寿命预测参数;通过STAR-CCM+软件和ABAQUS软件建立基于体映射法的流-固-热耦合模型,分析了催化器总成在4个工作循环后的热负荷,对SUS441催化器总成进行低周疲劳寿命估计。结果表明,温度场仿真结果与试验数据在误差范围内,模型可信度高;利用修正公式得到应变-低周疲劳寿命曲线,进行寿命预测,通过发动机台架冷热冲击耐久试验证明修正公式比经验通用公式更准确,该结果可为催化器总成设计开发提供指导。