柴油機(jī)氣缸蓋高應(yīng)力梯度部位多軸應(yīng)力狀態(tài)分析研究.pdf

1、氣缸蓋作為內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件之一，在工作過程中承受著螺栓力、燃?xì)鈮毫蜔嶝?fù)荷的周期性作用，導(dǎo)致其應(yīng)力和變形發(fā)生周期性的變化。氣缸蓋高應(yīng)力梯度部位的多軸應(yīng)力狀態(tài)對其疲勞破壞影響較大。針對這一問題，本文在有限元靜/動力學(xué)問題理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行了氣缸蓋結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動態(tài)響應(yīng)分析，并重點(diǎn)研究了高應(yīng)力梯度部位的多軸應(yīng)力狀態(tài)特征，為氣缸蓋非比例多軸疲勞壽命預(yù)測提供了支撐。
　　運(yùn)用Pro/E軟件建立氣缸蓋、機(jī)體、缸套、缸墊、螺栓等零件的三維幾何實(shí)體

2、模型，然后將其導(dǎo)入專業(yè)的網(wǎng)格劃分軟件ANSA中對各個(gè)零件進(jìn)行材料、屬性的設(shè)置，在保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，針對各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合理的單元類型和單元尺寸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分別在氣缸蓋與缸墊、氣缸蓋與螺栓、機(jī)體與缸套、氣門座圈與氣缸蓋等零件之間定義10對接觸關(guān)系，完成氣缸蓋組合結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格模型的建立。將網(wǎng)格模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS當(dāng)中，施加約束、螺栓預(yù)緊力和爆發(fā)壓力等邊界條件后進(jìn)行預(yù)緊、預(yù)緊-爆壓和預(yù)緊-爆壓超載30％三種

3、工況的靜力學(xué)計(jì)算，得到位移和應(yīng)力分布情況，為氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及改進(jìn)提供理論依據(jù)。
　　在氣缸蓋靜力學(xué)分析網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上對其施加螺栓預(yù)緊力，采用自編的APDL加載程序?qū)⒅芷谛愿變?nèi)燃?xì)鈮毫σ暂d荷步的形式施加在氣缸蓋火力面和氣門座圈承力斜面上。合理設(shè)置初始條件、阻尼系數(shù)、載荷類型、非線性選項(xiàng)、積分方法等，基于直接積分法中的Newmark隱式算法、采用ANSYS軟件中的完全法進(jìn)行三個(gè)工作循環(huán)的動態(tài)響應(yīng)分析，得到氣缸蓋在爆壓及其附近時(shí)刻的

4、整體位移場和應(yīng)力場、大變形部位處的位移時(shí)間歷程曲線和高應(yīng)力部位的應(yīng)力時(shí)間歷程曲線，便于了解和把握氣缸蓋動態(tài)響應(yīng)特性，并為疲勞分析中載荷譜的建立提供理論依據(jù)。
　　根據(jù)應(yīng)力梯度的概念編寫了關(guān)于第一主應(yīng)力梯度的APDL計(jì)算程序，在氣缸蓋結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的后處理階段運(yùn)用GUI方式和APDL命令流相結(jié)合的方法對其高應(yīng)力部位的第一主應(yīng)力梯度進(jìn)行計(jì)算及分析，得到高應(yīng)力部位處應(yīng)力梯度路徑及對應(yīng)的應(yīng)力梯度值，確定了氣缸蓋高應(yīng)力梯度部位。基于動態(tài)響應(yīng)