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本文以柴油机关键受热结构件-气缸盖为研究对象,采用理论分析、数值计算的方法,开展缸盖热负荷仿真技术研究,建立缸盖热负荷仿真技术的基本理论体系、研究方法,研究程序及气缸盖热/机械疲劳寿命的计算方法。主要工作内容包括:
1)建立缸盖.机体.缸套装配体的热/机械负荷仿真方法和评价方法。完成了缸盖装配体传热分析的分析方法,并再此基础上形成了标准的流程控制文件。建立了缸盖装配体热应力的分析方法,并形成了标准的流程控制文件。对缸盖热/机械疲劳的计算方法进行研究,给出了可行的仿真方法和评价方法。建立了缸盖水套内流动及传热的分析方法和评价方法。
2)建立缸盖流.固耦合仿真分析方法,得到缸盖仿真分析的边界条件。建立了9DF缸盖和机体的水套模型,利用stared对9DF的冷却系统(缸盖+机体)进行流体动力学仿真,得到了缸盖水套的传热系数和压降。通过对气缸盖冷却水套的CFD分析,得到缸盖内水套侧的热边界条件。利用CFD软件与ABAQtJS软件的接口技术,映射出缸盖有限元模型中冷却液侧与燃气侧的热边界条件。
3)进行缸盖温度场计算,并进一步实现缸盖热应力和机械应力的计算。建立了9DF缸盖、机体、螺栓等的模型,并对9DF缸盖装配体进行稳态传热分析,得到了缸盖的温度场分布,计算结果表明,缸盖整体温度小于380度,满足设计要求。同时对9DF缸盖装配体进行热应力、装配应力和爆发压力进行分析,得到了缸盖的应力场分布。
4)利用计算得到的缸盖热机械应力结果对缸盖进行高周疲劳分析,得到各个部位的疲劳安全系数,得到了安全系数小于1的缸盖局部。
5)开展气缸盖热/机械疲劳寿命计算的分析。对目前的热/机械疲劳寿命计算模型进行对比分析,并在此基础上进行缸盖的热/机械疲劳寿命计算。对缸盖火力面子模型进行瞬态传热分析,并进一步进行弹塑性应力应变分析,利用能量法对火力面子模型进行热,机械低周疲劳分析,得到疲劳寿命最小为3.9,满足设计要求。