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汽油机缸盖的有限元强度分析

发布于:2016-06-25 19:04
强度分析

      气缸盖在发动机工作过程中受到热负荷和机械载荷的双重作用,其结构强度直接影响到发动机的可靠性。随着汽车发动机强化程度的不断提高,对气缸盖强度进行有限元分析,已经成为发动机开发和改进设计的必要技术途径。
      为评估国内某汽车企业开发的小型汽油机气缸盖强度,对该缸盖进行了额定工况下的有限元结构强度分析
      为了保证较高的计算分析精度,使分析结果接近于发动机工作的实际情况,建模过程中对气缸盖的主要几何尺寸不做任何简化,水腔、气道等复杂结构均按照缸盖的实际结构和尺寸建模,确保模型能够真实反映缸盖的结构特点。采用CATIAApp建立气缸盖实体模型,见图,所研究的气缸盖为一款直列四缸四气门小型汽油机缸盖。
      考虑到气缸盖各缸结构及其所受载荷、约束的相似性,并考虑减少计算工作量,可只对某一缸进行有限元分析,其结果可以代表缸盖整体的应力分布状况。为反映气缸盖各缸之间的相互影响,采用由一个中间整缸和其相邻的两个半缸组成的缸盖几何模型。同时,对缸盖上一些几何尺寸较小,但结构复杂,而又远离气缸盖高应力区(燃烧室火力而)的、对应力分析结果影响很小的细微结构(螺孔、导角等)进行删除。
      采用HypermeshApp对气缸盖模型进行有限元网格划分见图。主要需要考虑以下三方面:
      a.单元类型选择。气缸盖结构特征多,模型复杂,只能选用四面体单元。由于一阶单元精度较低,采用10节点四而体二次单元。
      b.单元密度设置。中间缸是有限元分析的重点区域,网格划分时该区域单元密度应较大,网格细密,而左右两侧半缸的单元密度应较小。同样,燃烧室周边区域是可以预知的高应力区域,是气缸盖强度失效最可能发生的区域,因此是研究重点,该区域单元密度应设置为较大。而对于远离燃烧室的非敏感区域,宜采用较疏的单元密度。
      c.单元质量控制。通过在HypermeshApp中设置一系列单元质量参数值保证生成的单元质量。
      通过给定气缸盖传热边界条件(缸盖各区域换热系数和介质温度)的方法计算气缸盖在额定工况下的稳态温度场。
      热边界条件中,介质温度和除燃烧室火力而之外区域的换热系数根据经验确定。燃烧室火力面的换热系数通过多次试算调整,使得燃烧室多个测点处温度的计算值与实测值相符后得出。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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