小型增壓強(qiáng)化汽油機(jī)缸蓋熱機(jī)疲勞分析研究.pdf

1、缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，其性能直接決定著整機(jī)運(yùn)行的可靠性。本課題源于工程實(shí)際，以某款1.0L增壓汽油機(jī)正向開(kāi)發(fā)中的缸蓋設(shè)計(jì)為背景，針對(duì)缸蓋熱機(jī)疲勞的機(jī)理、模擬仿真分析和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了全面而深入的研究。通過(guò)在設(shè)計(jì)初期對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作過(guò)程及缸蓋冷熱沖擊試驗(yàn)進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)其高周疲勞安全系數(shù)和低周疲勞壽命，為新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　首先，建立三維整機(jī)模型和有限元網(wǎng)格模型。通過(guò)整體接觸多場(chǎng)分步耦合研究方法，建立包含完整

2、缸蓋、機(jī)體、缸蓋墊和缸蓋螺栓的接觸關(guān)系模型，避免了缸蓋局部模型研究不足;通過(guò)對(duì)冷卻水套和缸內(nèi)工作過(guò)程的CFD分析獲取了熱負(fù)荷分析所需的熱邊界條件，降低了由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算而來(lái)的熱邊界條件造成的誤差。
　　其次，采用流-固耦合方法分析缸蓋熱負(fù)荷，并對(duì)缸蓋在熱機(jī)負(fù)荷綜合影響下的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了彈塑性有限元分析。結(jié)果表明，缸蓋標(biāo)定工況最高溫度為217.2℃，低于鑄鋁合金的工作溫度限值260℃;缸蓋火力面上危險(xiǎn)點(diǎn)的等效塑性應(yīng)變趨于穩(wěn)定后的數(shù)值為

3、2.088e-03，低于0.02的安全限值，是安全的。
　　然后，采用上述結(jié)果設(shè)置不同分析步，對(duì)缸蓋熱機(jī)疲勞性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，高周疲勞最小的安全系數(shù)為1.21，大于1.1的安全系數(shù)限值;低周疲勞最低壽命為7480循環(huán)，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)規(guī)定的3000循環(huán)和工程設(shè)計(jì)要求;低周疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)機(jī)械損傷和氧化損傷占總損傷的比例分別為96.47％和3.42％。根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)分析理論，缸蓋結(jié)構(gòu)在高周疲勞應(yīng)力水平下的可靠度為98.3％，而在