基于有限元法的缸蓋疲勞實(shí)驗(yàn)相關(guān)性研究.pdf

1、受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力、熱負(fù)荷、應(yīng)力水平也隨之增大，這也就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部件的可靠性提出了更嚴(yán)峻考驗(yàn)。在柴油機(jī)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(jī)缸蓋的疲勞壽命，往往通過疲勞試驗(yàn)對(duì)缸蓋進(jìn)行考核。疲勞測(cè)試平臺(tái)是快速考核缸蓋疲勞壽命的一種重要手段，但該方法同實(shí)際臺(tái)架疲勞測(cè)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(tái)實(shí)驗(yàn)與臺(tái)架實(shí)驗(yàn)在實(shí)

2、驗(yàn)結(jié)果上存在一定的差異性，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)性具有十分重要的意義。
　　本文以某柴油機(jī)缸蓋為例，采用有限元的方法計(jì)算了平臺(tái)實(shí)驗(yàn)以及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)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(duì)缸蓋進(jìn)排氣道鼻梁圓角區(qū)進(jìn)行了疲勞安全系數(shù)計(jì)算，比較了二者的抗疲勞性能。
　　在對(duì)臺(tái)架缸蓋進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算時(shí)，為了快速準(zhǔn)確的到缸蓋的溫度場(chǎng)，借鑒了相似機(jī)型的熱邊界條件，利用投影的方法得到計(jì)

3、算機(jī)型的熱邊界條件，對(duì)于火力面的熱邊界，結(jié)合了硬度塞實(shí)驗(yàn)測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定誤差控制在5％以內(nèi)，這樣能夠在不失計(jì)算準(zhǔn)確度的前提下快速得到缸蓋的溫度場(chǎng)，為后續(xù)熱應(yīng)力計(jì)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(duì)比，提取圓角區(qū)的疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)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(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于缸蓋氣道鼻梁圓角區(qū)，在冷態(tài)工況下，平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地模擬臺(tái)架缸蓋的疲勞實(shí)驗(yàn)，由于剛度以及約束的差異，平臺(tái)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的缸蓋抗疲勞性能要低于臺(tái)架缸蓋，這為測(cè)試留出了余量，但與熱態(tài)工況的臺(tái)架缸蓋相比，熱應(yīng)力對(duì)缸蓋安全系數(shù)降低幅度較大，低于平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果;通過對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)最大主應(yīng)力的矢量的對(duì)比，最大主應(yīng)力的方向會(huì)偏離圓角切線方向，故在考核疲勞安全性時(shí)應(yīng)當(dāng)予以考慮;最后通過對(duì)圓角結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，平臺(tái)以及臺(tái)架氣道鼻