柴油机气缸盖热—机械强度有限元分析

摘要

气缸盖是内燃机中形状最复杂的主要零件之一，它与活塞顶及气缸内壁共同组成燃烧空间。气缸盖的工作条件非常恶劣，承受着气体作用力和气缸盖螺栓的预紧力，另外由于燃烧室内的燃气和冷却水的作用使气缸盖各部分温度很不均匀，气缸盖承受很大的机械应力和热应力。
　　 正确分析缸盖的温度场、耦合应力场，及疲劳寿命是缸盖结构设计和改进的依据，利用有限元法可以缩短缸盖设计周期，降低成本。
　　 本文对某型柴油机气缸盖进行了有限元分析。用Pro/Engineer建立气缸盖的实体模型；利用HyperMesh软件对建立的气缸盖实体模型进行网格划分，建立了有限元分析模型；利用数值模拟方法对气缸盖进行了有限元分析，分别计算了温度场、机械应力场、热应力场，在此基础上进一步分析了热一机械耦合应力场，并用上述结果进行了缸盖寿命分析。最后对计算结果进行分析，并在分析的基础上提出降低气缸盖应力的改进建议。
　　 计算结果表明气缸盖火焰面鼻梁区以及气门座圈与缸盖接触区域应力较大，这些区域在设计缸盖时应重点考虑，同时各种力的综合作用使得鼻梁区的应力、变形都处于高的水平，容易发生疲劳损伤。本文的工作可为研究缸盖结构设计和改进提供一定的参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 内燃机结构强度研究目的及意义

1.3 结构强度的发展现状与趋势

1.3.1 国内外发展现状

1.3.2 国内外发展趋势

1.4 本课题的研究内容及具体工作

第2章 结构强度及热分析的理论基础

2.1 有限元法概述

2.2 热分析的理论基础

2.2.1 热分析的类型

2.2.2 稳态温度场

2.2.3 温度场的三类边界条件和初始条件

2.3 弹性力学有限元分析基本理论

2.3.1 点应力状态

2.3.2 应变-位移方程

2.3.3 应力-应变方程

2.4 热弹性理论

2.4.1 热应力分析理论

2.4.2 热弹性理论的基本方程

2.4.3 热应力的求解-杜哈梅尔相似定理

2.5 热-结构耦合理论

2.6 本章小结

第3章 气缸盖有限元模型的建立

3.1 某型柴油机介绍

3.2 气缸盖三维实体模型的建立

3.3 气缸盖有限元模型的建立

3.3.1 HyperMesh划分网格

3.3.2 缸盖的有限元模型

3.4 本章小结

第4章 气缸盖的有限元分析

4.1 气缸盖的热边界条件的确定

4.2 气缸盖的应力分析

4.2.1 位移边界条件的确定

4.2.2 力边界条件的确定

4.3 气缸盖的温度场和应力计算及结果分析

4.3.1 温度场的计算结果及分析

4.3.2 热应力场的计算结果及分析

4.3.3 机械应力场的计算结果及分析

4.3.4 气缸盖热-机械耦合应力场计算结果及分析

4.3.5 气缸盖破坏原因分析

4.4 气缸盖的改进建议及计算验证

4.5 本章小结

第5章 多维应力状态下高温低周疲劳寿命分析

5.1 热疲劳与高温低循环疲劳

5.2 高温对低循环疲劳的影响及寿命预测

5.3 引入频率修正法计算高温低周疲劳寿命

5.4 总体寿命评价结果

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢