缸蓋冷卻水腔局部結(jié)構(gòu)對疲勞強(qiáng)度的影響研究.pdf

1、氣缸蓋作為燃燒室最重要的受熱零部件之一，長期承受較高的熱載荷、機(jī)械約束及周期性的爆發(fā)壓力，容易發(fā)生疲勞失效，從而影響內(nèi)燃機(jī)的整體壽命。本文以數(shù)值仿真為主要手段，通過改變缸蓋內(nèi)部水套的局部結(jié)構(gòu)，探究水套結(jié)構(gòu)參數(shù)對缸蓋溫度場分布和高周疲勞安全系數(shù)的影響，并提出了一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案。本文的主要工作如下：
　　1.建立某六缸機(jī)型的一缸一蓋模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加流動與傳熱邊界條件，通過流固耦合計算得到溫度場分布，與測溫試驗進(jìn)行比較，驗證了

2、數(shù)值模型的有效性；
　　2.以單缸模型作為研究對象，施加機(jī)械載荷和周期性爆發(fā)壓力載荷，并以流固耦合計算得到的溫度場作為熱載荷，通過熱機(jī)耦合計算得到缸蓋高周疲勞易失效區(qū)域，并針對該區(qū)域提取主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定計算分析范圍；
　　3.基于上述計算模型，探索水套不同結(jié)構(gòu)參數(shù)水平下，缸蓋溫度場的分布狀態(tài)。結(jié)果表明，對易失效區(qū)域進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)的變化，以缸蓋最高溫度、火力面最高溫度、研究區(qū)域典型節(jié)點溫度值為評價指標(biāo)的缸蓋溫度場的分布基本無變

3、化；
　　4.以原結(jié)構(gòu)缸蓋流固耦合計算得到溫度場為熱載荷統(tǒng)一施加到不同冷卻水套結(jié)構(gòu)參數(shù)變化水平的計算模型中，探索冷卻水套不同結(jié)構(gòu)參數(shù)水平單因素作用下，缸蓋高周疲勞安全系數(shù)的分布狀態(tài)。結(jié)果表明，對于兩進(jìn)氣門處冷卻水套過渡圓角區(qū)域，熱機(jī)耦合下所承受的為拉應(yīng)力，單獨加厚這兩處過渡圓角區(qū)域均有利于提高該氣門冷卻水套區(qū)域的疲勞安全系數(shù)。兩排氣門中，靠近缸蓋出水口的排氣門處冷卻水套過渡圓角區(qū)域，熱機(jī)耦合下承受的為壓應(yīng)力，疲勞安全系數(shù)較大；另外

4、一處排氣門處冷卻水套過渡圓角區(qū)域，熱機(jī)耦合下承受拉應(yīng)力，單獨加厚該區(qū)域不利于提高該氣門處冷卻水套區(qū)域的疲勞安全系數(shù)；
　　5.結(jié)合單因素冷卻水套結(jié)構(gòu)優(yōu)化，探究冷卻水套不同結(jié)構(gòu)參數(shù)水平多因素作用下，缸蓋高周疲勞安全系數(shù)的分布狀態(tài)。最終提出一種優(yōu)化方案：將承受拉應(yīng)力的三處氣門處冷卻水套過渡圓角區(qū)域均采取加厚方法，在兩進(jìn)氣門處水套過渡圓角區(qū)域分別加厚0.8mm，在一排氣門水套過渡圓角區(qū)域加厚0.2mm。該方案能夠整體提高先前所述易失效區(qū)