發(fā)布時(shí)間：2020-08-10 13:23

【摘要】：隨著柴油機(jī)功率逐漸強(qiáng)化,對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能有了更高的要求,因此對(duì)缸蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及疲勞研究有重要意義。缸蓋熱負(fù)荷的評(píng)價(jià)以溫度為主要依據(jù),溫度超過(guò)材料承受范圍時(shí)會(huì)發(fā)生燒結(jié)等狀況。在同時(shí)承受熱載荷和機(jī)械載荷是,即使載荷未達(dá)到缸蓋極限,隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)在持續(xù)熱-機(jī)械載荷的作用下仍然很容易使缸蓋在關(guān)鍵區(qū)域發(fā)生裂紋,致使其產(chǎn)生漏水、漏油、漏氣,影響缸蓋的正常使用。本文將計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)和有限元分析(Finite Element Analysis)結(jié)合起來(lái),對(duì)缸蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞進(jìn)行了深入的研究,探明了燃燒強(qiáng)度、冷卻液流動(dòng)參數(shù)、機(jī)械載荷對(duì)缸蓋熱可靠性的影響規(guī)律,可以對(duì)柴油機(jī)的強(qiáng)化和可靠性分析提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。利用流-固耦合方法建立缸蓋-缸體-水套的耦合換熱模型,對(duì)水套的壓力、速度、換熱系數(shù)進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上根據(jù)缸蓋壁面邊界條件對(duì)缸蓋溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,并通過(guò)缸蓋火力面溫度試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。建立缸蓋-缸墊-缸體等組件的有限元模型,分別進(jìn)行缸蓋在機(jī)械載荷、熱載荷、熱-機(jī)械載荷三種工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)其危險(xiǎn)部位的應(yīng)變-應(yīng)力進(jìn)行分析研究。根據(jù)不同工況應(yīng)力-應(yīng)變分析結(jié)果對(duì)缸蓋疲勞進(jìn)行研究,計(jì)算得到缸蓋整體的高周疲勞安全系數(shù)分布。考慮變溫度下的材料屬性分別計(jì)算額定工況、怠速工況下的熱-機(jī)耦合應(yīng)力-應(yīng)變并結(jié)合應(yīng)變疲勞方法計(jì)算缸蓋的低周疲勞壽命。為了研究柴油機(jī)缸蓋在熱-機(jī)械耦合作用下的熱可靠性,利用最優(yōu)拉丁超立方法以及橢球基(EBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立燃燒強(qiáng)度、冷卻液流動(dòng)參數(shù)、機(jī)械載荷與火力面最高溫度、火力面最大耦合應(yīng)力、缸蓋的疲勞可用因子的近似模型,研究各參數(shù)變化對(duì)柴油機(jī)缸蓋熱可靠性的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK421
【圖文】：

題的背景與意義油機(jī)是廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的一種動(dòng)力機(jī)械，在國(guó)防研究、工程中有著不可替代的作用。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)柴油機(jī)零部件進(jìn)行足傳熱、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、加工工藝等設(shè)計(jì)要求，最后對(duì)整機(jī)進(jìn)行優(yōu)化匹著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及市場(chǎng)的需求，內(nèi)燃機(jī)功率逐漸被強(qiáng)化，對(duì)性能有了更高的要求，因此對(duì)缸蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及疲勞研究有蓋是柴油機(jī)最重要的零件之一，其下表面、缸套內(nèi)壁以及活塞上室，當(dāng)燃燒室的燃?xì)膺M(jìn)行燃燒時(shí)缸蓋承受著很大的熱載荷的作用缸體還通過(guò)螺栓連接，缸蓋還承受螺栓預(yù)緊力以及爆發(fā)壓力等機(jī)載荷工況十分惡劣。散熱水腔最為重要缸蓋結(jié)構(gòu)之一，如果設(shè)個(gè)冷卻系統(tǒng)冷卻[4]不佳（冷卻系統(tǒng)如圖 1-1 所示），影響正常燃燒。水套內(nèi)流動(dòng)封閉不可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)觀察、實(shí)驗(yàn)直接設(shè)計(jì)與研究十分采用 CFD 的方法對(duì)其進(jìn)行分析。

圖 1-2 鼻梁區(qū)域疲勞斷裂圖Figure 1-2 Fatigue failure of the bridge region依托某國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃，以某柴油機(jī)缸蓋溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，在溫度載荷的基礎(chǔ)上考慮最大蓋進(jìn)行熱-機(jī)械耦合應(yīng)力分析，對(duì)缸蓋的應(yīng)力-應(yīng)有限元的計(jì)算結(jié)果對(duì)缸蓋進(jìn)行爆發(fā)工況下的高計(jì)算，最后利用最優(yōu)拉丁超立方法以及橢球基型，研究燃燒強(qiáng)度、冷卻液流動(dòng)參數(shù)、機(jī)械載荷可以對(duì)柴油機(jī)的強(qiáng)化和可靠性分析提供指導(dǎo)性究現(xiàn)狀水套 CFD 仿真研究現(xiàn)狀學(xué)（CFD）是計(jì)算機(jī)快速發(fā)展與流體力學(xué)計(jì)算相學(xué)大大方便了對(duì)汽車流體區(qū)域的數(shù)值仿真模擬

第二章 缸蓋流-固耦合傳熱研究式中： g 表示重力加速度； 為空氣的體膨脹系數(shù)； t 為壁面與空氣的溫差；l代表缸蓋的長(zhǎng)度；v空氣的運(yùn)動(dòng)粘度；4） 對(duì)于冷卻水腔內(nèi)表面以及水套液體外表面，壁面熱交換條件設(shè)置interface，由 fluent 進(jìn)行缸蓋流-固耦合的計(jì)算。.3 流-固耦合模型的建立流-固耦合模型主要是包括兩個(gè)部分，水套流體網(wǎng)格以及缸蓋、缸體、缸套等固體網(wǎng)格，根據(jù)模型大小以及經(jīng)驗(yàn)，將基本尺寸設(shè)置為 4mm（網(wǎng)格要表 2-1 所示），對(duì)流體以及固體均按照四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，在水套交界邊界層的設(shè)置，邊界層數(shù)為三層。然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終固體網(wǎng)格約 800 套流體網(wǎng)格約 220 萬(wàn)，從左往右依次是第一缸、第二缸、第三缸、第四缸缸、第六缸，流體和固體網(wǎng)格模型如圖 2-1、2-2 所示，缸蓋、缸體、缸套的材料屬性如下表 2-2、2-3 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2788136