國Ⅴ柴油機正向開發(fā)中的機體熱固耦合有限元分析研究.pdf

1、國Ⅴ柴油機正向開發(fā)中的機體熱固耦合有柴油機正向開發(fā)中的機體熱固耦合有限元分析研究限元分析研究ThermalsolidIndirectCouplingFEAonCylinderBodyofChinaⅤDieselEngineinTheProcessofDieselEnginePositiveDesign學科專業(yè)：動力機械及工程研究生：李吉亮指導教師：徐玉梁高工天津大學機械工程學院二零一二年十二月摘要伴隨著金融危機對中國汽車市場的影響逐漸減

2、弱以及從2009年開始國家出臺的一系列鼓勵汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，使得中國汽車及發(fā)動機產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。而且伴隨著排放法規(guī)的日益嚴格，發(fā)動機的設計開發(fā)變得至關重要。本文以正向開發(fā)的某款車用柴油機為研究對象，通過CAE有限元分析預測發(fā)動機機體的變形及其對排放的影響。首先，建立CAD整機模型和有限元模型。這個過程包括對模型的合理簡化與模型結構離散化，模型簡化要遵循有利于有限元計算的原則，模型離散化要考慮和CFD缸內流動計算網(wǎng)格以及CFD冷卻水套計算

3、網(wǎng)格相映射的原則。其次，本文不僅需要加載螺栓預緊力、爆發(fā)壓力等機械載荷，同時需要考慮水套冷卻場以及缸內燃燒熱應力場，從而做到全面而準確的發(fā)動機實際工況分析。特別是探索性的結合燃燒系統(tǒng)開發(fā)，將缸內流動邊界條件引入到固體結構分析中來，真正意義上實現(xiàn)熱固耦合。在有限元分析過程中，本文不僅研究了機械載荷工況下缸孔變形，同時研究了熱固耦合工況下機體剛度、強度、缸孔變形、熱負荷等。仿真分析結果表明，缸體表面部分主要受到壓應力的作用，在熱機狀態(tài)下缸體

4、最小主應力最大值為556MPa，機體最小安全系數(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，以上各項分析指標均滿足設計要求。同時本文著重的分析了缸蓋墊壓縮特性對缸孔變形的影響，結果表明缸蓋墊壓縮特性主要影響缸孔三階、四階、六階變形，且不同壓縮特性對缸孔變形影響較大。然后，為了更加準確地預測車用柴油機優(yōu)化升級和正向開發(fā)過程中缸孔變形對發(fā)動機

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)值分析的基礎上，根據(jù)耦合計算結果，在快速傅立葉變換（FFT）的基礎上提出了缸孔變形的評價參數(shù)竄氣影響系數(shù)、拉缸安全系數(shù)等，應用此參數(shù)可以更加準確的預測缸孔變形對竄氣、機油消耗率和拉缸等情況的影響，從而更加準確的指導發(fā)動機的正向開發(fā)工作。評價結果表明，缸孔正負變形均在允許范圍之內，缸套設計合格。最后，外特性試驗驗證表明發(fā)動機扭矩、功率、比油耗等參數(shù)是正常的，且未出現(xiàn)拉缸、燒機油、竄氣等