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柴油机气缸盖的有限元澳门金莎娱乐网站

发布于:2020-09-24 18:15
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       有限元澳门金莎娱乐网站计算的实体结构组合模型,本气缸盖为6缸连体的整体式缸盖,各缸的结构一致,每缸左右的进、排气道两半部分结构有所差异,前后结构基本对称;每缸的4条缸盖螺栓预紧力一致, 4条缝合螺栓预紧力也一致,螺栓以气缸中心面前后对称分布,因此在计算时可以把缸盖简化为前后对称结构。
       对缸盖结构作出精确的计算,必须采用较小的单元长度,为了在减小有限元规模的基础上细化网格,在建模时采用了缸盖的一个整缸和两个半缸作为计算对象。由于主要考察对象是气缸盖,故在建模时对气缸盖和气门座圈建立的是详细实体模型,而对机体等组合结构的其它部分做了适当简为了区分不同零件的不同材料,首先对几何模型进行分区处理,分成机体区、气缸盖区、气缸套区及缸垫区共4个大区。根据各区材料特性的不同分别设定各区单元的物理特性参数。为了控制有限元网格的疏密程度及有利于网格的自动剖分,需对各零件部分进一步进行分区处理,并对不同结构区域设定合理的单元长度,由程序自动进行网格剖分。对于实体部分,选用4节点4面体单元,用杆单元模拟气缸盖螺栓,用多节点刚性单元模拟螺栓与机体的螺纹联接及螺栓与螺母的螺纹联接。图为缸盖的有限元单元网格图。
       位移边界条件有机体的刚体位移约束;机体、缸盖、气缸套、气缸垫剖开面上的对称位移约束.对模拟螺栓的杆单元两端节点进行了位移协调约束.所有位移约束都是施加在实体模型几何元素上的,程序自动将其转换到相应的节点上。
对于由机体、缸盖、缸套和气缸垫组成的组合结构,在缸盖螺栓的作用下,装配接触面上有接触效应.本模型中建立了缸盖与缸垫、缸垫与缸套、气门座圈与缸盖之间的接触边界条件,计算时,程序根据接触面间在变形后的接触状态自动进行接触力的传递,由此完成接触模拟。
       在预紧工况下,气缸盖主要承受气缸盖螺栓的预紧力和气门座圈的装配过盈力。气缸盖螺栓的预紧力有两种,其中缸体螺栓为110 kN,缝合螺栓为50 kN。采用杆单元模拟螺栓,通过在杆单元两端节点上施加负的节点温度,由温差使杆单元收缩而得到准确的螺栓预紧力。气门座圈的装配过盈力通过在气门座圈外柱面与气缸盖的座圈窝内柱面间设置安装过盈量来产生,过盈量的大小由它们的配合公差值来确定。在爆发工况时,缸盖不但承受预紧工况时的载荷,还承受缸内气体的爆发压力.以第三缸处于爆发状态时为计算工况,已知第三缸的最大爆发压力,根据内燃机运动学和动力学原理分析出相邻两缸的缸内压力,将它们施加于气缸盖的火力面上,作用于气门上的压力施加于气门座圈与气门的接触面上。
       对于第三缸气缸盖,根据测试时应变片的布置位置和方向,考查缸盖顶板9个位置上11个应变片方向的应力值,应变片的粘贴位置及方向见图。应力的计算结果与试验结果数据见表。
       气缸盖是柴油机中结构最复杂并且承受着很大机械载荷和热负荷的零件。近代内燃机向高速、大功率方向发展,气缸盖高度有适当加大的趋势,一些高强化柴油机出于提高功率重量比的目的,往往采用铝合金材料来制造,但是,随着强化程度的提高,柴油机在运行过程中缸盖经常发生由于其强度和刚度的不足而引起的问题。某大功率150型柴油机气缸盖采用铝合金制造,在进行考核试验时,由于结构强度不足而发生断裂,经过分析,裂纹源是在顶板产生的。根据试验资料,热负荷对气缸盖火力面的影响最大,特别是在鼻梁区可以产生很高的热应力,其产生的主要破坏形式是在鼻梁区产生裂纹,但对缸盖顶板的影响较小。


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