【摘 要】
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船用二冲程柴油机的排气阀壳作为燃烧室部件中的重要组成部分,受力情况十分复杂,其下部受到缸盖火力面的燃气爆发压力作用,上部又受到阀壳预紧螺栓的预紧力约束。同时,排气阀壳内部设有排气道和冷却水腔,排气道与高温燃气直接接触,冷却水腔与高温冷却淡水直接接触,使得阀壳在工作期间会受到由温差引起的热应力作用。此外,排气阀壳属于薄壁结构,在受到外力时,其截面突变的部位容易出现热应力或机械应力的集中。因此,对排气
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船用二冲程柴油机的排气阀壳作为燃烧室部件中的重要组成部分,受力情况十分复杂,其下部受到缸盖火力面的燃气爆发压力作用,上部又受到阀壳预紧螺栓的预紧力约束。同时,排气阀壳内部设有排气道和冷却水腔,排气道与高温燃气直接接触,冷却水腔与高温冷却淡水直接接触,使得阀壳在工作期间会受到由温差引起的热应力作用。此外,排气阀壳属于薄壁结构,在受到外力时,其截面突变的部位容易出现热应力或机械应力的集中。因此,对排气阀壳进行热-机械负荷耦合作用下的强度分析对于提高船用二冲程柴油机的可靠性有重要意义。本文的主要工作内容可归纳为以下几个部分:(1)根据某船用柴油机的设计资料,建立排气阀壳及相连部件的几何模型,并提取出排气阀壳内的冷却水腔和排气道模型,然后分别在有限元软件中建立仿真计算模型。(2)计算冷却水腔内的冷却水流动,以得到阀壳水腔壁面与冷却水换热的边界条件,并结合流速、压力等参数评价其冷却性能;计算排气烟道内的排气过程,以获取烟道壁面与燃气换热的边界条件。(3)以流场分析的结果为基础,对排气阀壳进行稳态热分析,得到其温度场和热流分布。并考虑燃气爆发压力和螺栓预紧力等机械载荷,对阀壳进行机械负荷、热负荷和热-机械负荷耦合作用下的强度分析,得到其在不同负荷下的应力场分布和变形情况。根据分析结果可知,排气阀壳的温度场分布以冷却水腔为界,高温区域主要分布在阀壳烟道中部距离冷却水较远的位置;排气阀壳的应力分布主要受热负荷影响,机械负荷下阀壳的变形和应力较小,热负荷以及热-机械负荷下阀壳烟道出口上沿的变形较大,应力分布主要集中在阀壳螺栓孔周围以及阀壳底部靠近烟道入口处。通过对排气阀壳进行不同负荷下的强度分析,为船用二冲程柴油机排气阀壳的结构优化和可靠性提高提供了一定的理论依据。
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