基于有限元法的缸蓋疲勞實驗相關(guān)性研究.pdf

1、受環(huán)境和經(jīng)濟因素的影響，發(fā)動機朝著高功率密度、低油耗、低排放、可靠性高的方向發(fā)展，故發(fā)動機的爆發(fā)壓力、熱負荷、應(yīng)力水平也隨之增大，這也就對發(fā)動機各個部件的可靠性提出了更嚴峻考驗。在柴油機的各部件中，氣缸蓋是最容易發(fā)生故障的部件之一。為考核柴油機缸蓋的疲勞壽命，往往通過疲勞試驗對缸蓋進行考核。疲勞測試平臺是快速考核缸蓋疲勞壽命的一種重要手段，但該方法同實際臺架疲勞測試相比，載荷的傳遞、約束等因素有很多差異性，往往造成平臺實驗與臺架實驗在實

2、驗結(jié)果上存在一定的差異性，通過實驗找出造成差異性的影響因素比較困難，故通過數(shù)值模擬的手段探究不同實驗關(guān)聯(lián)性具有十分重要的意義。
　　本文以某柴油機缸蓋為例，采用有限元的方法計算了平臺實驗以及臺架實驗缸蓋在不同工況下的應(yīng)力，并在應(yīng)力結(jié)果的基礎(chǔ)上對缸蓋進排氣道鼻梁圓角區(qū)進行了疲勞安全系數(shù)計算，比較了二者的抗疲勞性能。
　　在對臺架缸蓋進行熱應(yīng)力計算時，為了快速準確的到缸蓋的溫度場，借鑒了相似機型的熱邊界條件，利用投影的方法得到計

3、算機型的熱邊界條件，對于火力面的熱邊界，結(jié)合了硬度塞實驗測溫結(jié)果進行了標定，標定誤差控制在5％以內(nèi)，這樣能夠在不失計算準確度的前提下快速得到缸蓋的溫度場，為后續(xù)熱應(yīng)力計算提供熱載荷。
　　提取出不同工況氣道鼻梁圓角區(qū)的應(yīng)力以及位移，結(jié)合缸蓋不同部位的剛度分析了造成應(yīng)力差異的原因，基于疲勞安全系數(shù)的結(jié)果對比，提取圓角區(qū)的疲勞危險點在不同工況下的主應(yīng)力矢量，通過比較不同工況最大主應(yīng)力矢量的大小、方向以及相互之間的夾角，探究最大主應(yīng)力與

4、疲勞損傷的關(guān)系。
　　計算結(jié)果表明，對于缸蓋氣道鼻梁圓角區(qū)，在冷態(tài)工況下，平臺實驗?zāi)軌蜉^好地模擬臺架缸蓋的疲勞實驗，由于剛度以及約束的差異，平臺實驗測得的缸蓋抗疲勞性能要低于臺架缸蓋，這為測試留出了余量，但與熱態(tài)工況的臺架缸蓋相比，熱應(yīng)力對缸蓋安全系數(shù)降低幅度較大，低于平臺實驗結(jié)果;通過對危險點最大主應(yīng)力的矢量的對比，最大主應(yīng)力的方向會偏離圓角切線方向，故在考核疲勞安全性時應(yīng)當(dāng)予以考慮;最后通過對圓角結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，平臺以及臺架氣道鼻