离心压气机叶轮多场载荷与应力分析

建立了流固耦合计算模型,研究了离心压气机叶轮的离心载荷、热载荷、气动载荷及相应的应力.针对有蜗壳的整周离心压气机模型,采用单向稳态流固耦合的方法,分析了气动载荷、热载荷和相应的应力在周向上的不均匀性,讨论了柱坐标系下叶轮各部位主要的应力分量以及应力形成机理,定量分析了各场应力的占比,最后对比了多工况下各场应力比例关系.结果表明:气动载荷及应力在周向上的不均匀性较大,压力面正对蜗舌的叶片气动应力较大,且沿逆旋转方向叶片的气动应力不断减小;不同载荷作用下,叶轮各部位的主要应力分量有所不同;不同工况下,各场应力占比基本一致,离心应力均占据主导地位,其次为热应力,气动载荷的影响最小.     

车轮在动态弯曲载荷作用下的应力分析

应用Abaqus软件对某钢制车轮在动态弯曲载荷作用下的应力分布进行了仿真计算,并研究了不同加载方式对车轮应力计算结果的影响。将不同加载方式下所得车轮应力危险点应力变化情况与试验结果进行对比。结果表明,动态加载方式所得应力结果与测试结果较为接近,说明在对弯曲载荷作用下钢制车轮应力进行仿真时宜采用动态加载方法。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

气缸盖疲劳开裂载荷机理分析与研究

以某柴油机气缸盖为研究对象,针对其在试验过程中出现的开裂问题,利用仿真分析手段,从冷却流场、温度场、应力、变形、疲劳安全系数等多个维度对气缸盖的受力状态进行评估,以探寻导致该气缸盖失效的载荷作用机理和疲劳开裂机制.研究结果表明,仿真评估模型中疲劳安全系数最低的区域与实际使用过程中的开裂位置一致,该区域在温度载荷和气体力载荷构成的疲劳循环载荷作用下发生开裂.     

增压器涡轮轮毂疲劳可靠性分析与寿命预测方法

针对增压器涡轮由离心载荷所引起的轮毂疲劳失效模式,基于装甲车辆柴油机耐久性台架考核试验剖面,分析了增压器在不同工况下运行时涡轮转速的变化规律,计算了涡轮轮毂疲劳危险部位的应力历程.通过对涡轮轮毂疲劳强度模拟试验样件的疲劳性能测试,建立了涡轮轮毂疲劳寿命与应力之间的数学模型.在此基础上,研究了涡轮轮毂的疲劳可靠性分析与寿...     

基于连续小波变换的柴油机涡轮增压器振源识别

柴油机涡轮增压器高频振动严重影响到柴油机及整个动力系统的运转可靠性.针对涡轮增压器的主要振源进行识别分析研究,可有效地指导振动控制和本体振动响应优化.针对涡轮增压器本体振动响应具有的高频、宽频带、时变非稳态等特征,利用连续小波变换方法在信号处理中具有的多尺度计算分析频率、精准定位发生时间等时频特性优势,开展瞬态激励下动态振源信号识别分析研究.结合涡轮增压器结构特征及工作原理,对瞬态工况下涡轮增压器振动响应的主要振动源进行识别分析研究,获得气动载荷、转子质量不平衡等激励下的时频特性.通过解析稳态工况(50 513 r/min)下涡轮增压器的振动响应频谱特征信息,结合涡轮增压器结构特征,对涡轮增压器主要振源识别结果进行分析验证.研究结果表明:连续小波变换方法可直观、精准识别涡轮增压器本体振源时频特征.在瞬态工况和稳态工况下,涡轮增压器本体振动受气动载荷激励冲击影响最大,主要表现为叶片通过频率处的空气冲击振动和高频宽频带的结构振动.在稳态工况下,涡轮增压器受转子质量不平衡激励影响明显,主要表现为转频及倍频处发生振动响应峰值现象.     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

增压柴油机涡轮内热力过程模拟计算

本文在增压柴油机工作过程模拟计算中,对废气涡轮内的气动过程提出了较为详实的模拟计算方法。对WD615—61增压柴油机进行了工作过程模拟计算,并对在该机型上采用可变截面涡轮的性能进行了预测。     

高强化柴油机铸铁缸盖承载特性研究

研究了某柴油机铸铁缸盖结构温度和应力随时间的变化行为,明确热-机械载荷作用下缸盖的承载规律,为缸盖寿命预测模型建立提供依据。首先建立了缸盖有限元分析模型,利用实测温度和应力数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况及怠速与标定工况交替变化条件下缸盖温度和应力的变化规律。仿真结果表明:缸盖最高温度和最大热应力出现在鼻梁区域;在工作循环内,缸盖火力面温度波动幅值在30℃以内,由此引起的波动热应力相对定常热应力较小,但相对高频气体应力较大,故在火力面高周疲劳校核过程中必须考虑其带来的影响;在怠速和标定转速交替变化工况下,鼻梁区载荷变化最明显,温度与应力呈现反相状态,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

排气制动对增压器涡轮轴向载荷影响的研究

本文中针对同时采用排气制动和涡轮增压的车辆,分析其在排气制动工况下增压器的工作状态。通过排气制动与增压器联动试验得出数值计算所需的边界条件,并据此计算涡轮转子在稳态工况和过渡工况的轴向受力。结果表明,在排气制动工况下,增压器涡轮转子的轴向受力反向,且排气背压越高,涡轮转子所受轴向力越大;在工况切换过程中,涡轮转子所受突变载荷较大,最高值达221N,工况切换时间越短、背压越高,轴向冲击载荷越大。因此确定合理的排气背压和工况切换策略可有效降低涡轮转子所承受的轴向载荷。     

柴油机全寿命振动试验及特征分析

研究了基于振动的柴油机寿命评估中特征提取及优选问题。通过对某型号柴油机台架考核试验进行全程振动监测记录,以考核期350 h~600 h数据为基础,分析了振动特征随柴油机使用时间的变化趋势。通过拟合误差分析、相关分析和基于欧式距离的最近邻识别方法对振动信号的特征参量进行优化选择,得到了能够反映柴油机状态的有效特征。样本的识别验证表明,基于振动参数的柴油机寿命评估是有效的。     

CNG—柴油双燃料电控发动机试验研究

将高压共轨柴油机改装成CNG—柴油双燃料电控发动机,利用自行开发的快速原型控制系统来控制天然气的燃烧,保证天然气掺烧后发动机的动力性和燃用纯柴油时保持一致。分析了天然气掺烧替代率在不同负荷时对有效热效率和有害排放物(CO,HC,NOx)及烟度的影响。结果表明:天然气掺烧替代率可以达到80%左右;掺烧后的有效热效率在中低负荷时要低于燃用柴油,高负荷时和燃用柴油一致;掺烧后的烟度明显降低,HC排放明显升高。     

柴油机气缸盖热负荷仿真分析

以某6V110高强化柴油机为研究对象,建立单排冷却水套流场分析模型,确定冷却效果最差的一缸。考虑材料塑性因素,建立该气缸盖流固耦合和结构分析模型,研究热应力的分布特点。结果表明,该气缸盖火力面最大应力及塑性应变均出现在排气道与气门交汇处,排气门侧发生疲劳破坏的可能性较大,与试验结果相符。基于流固耦合计算模型,采用正交设计方法研究了影响气缸盖热负荷的因素,燃气温度和冷却水流量是影响热负荷的主要因素。     

柴油机不同负荷混合气形成与燃烧过程研究

应用柴油机工作过程可视化装置对柴油机在不同负荷下的混合气形成与燃烧过程进行了试验研究。研究结果表明:在小负荷时柴油机的混合气形成与燃烧过程表现为预混合多点同时压燃;在一定范围内,随喷油量的减少和喷油提前角的加大,柴油机着火滞燃期延长,有利于形成预混合压燃。     

高压共轨柴油机工作过程仿真及性能参数优化

结合4缸柴油机缸内燃烧压力实测数据,利用AVL Boost软件Burn功能分析了燃烧放热规律,获得了模拟柴油机燃烧所需的Vibe燃烧模型参数,建立了模拟柴油机工作过程仿真模型.分析并优化了影响柴油机性能的进排气歧管直径和长度、配气相位、EGR率等性能参数,同时对涡轮增压器进行了匹配计算分析.研究结果表明,利用热力学仿真...     

柴油机可调两级增压系统变海拔稳态调节特性研究

利用GT-Power软件建立某V型柴油机仿真模型,并进行了可调两级增压系统的匹配。模拟计算了不同海拔条件下发动机全工况运行时高压级涡轮旁通阀开度对燃油消耗率的影响。结果表明,高压级涡轮旁通阀开度是通过发动机指示效率与泵气损失间接影响燃油消耗率。同一工况下,发动机燃油消耗率按其主要影响因素的不同分为示效率主导区、泵气损失主导区以及两者综合影响区。且随着海拔的升高,影响发动机燃油消耗率的指示效率主导区域扩大,泵气损失主导区域减小。最后,以最佳燃油经济性为指标,得到变海拔全工况下涡轮旁通阀最佳阀门开度。     

EGR增压柴油机的燃烧及排放特性研究

在1台增压中冷柴油机上,采用从涡轮前取气回流到压气机后的高压EGR系统,研究了恒定转速不同负荷下发动机的燃烧和排放特性。在同一工况下,随着EGR率增加,压缩终了混合气温度升高,着火延迟期缩短,燃气压力和温度下降,燃烧持续期延长。分析了柴油机燃烧过程及排放污染物的形成机理。研究发现,当发动机负荷由大变小时,随着EGR率增加,CO的形成因受温度控制增幅越来越大,HC受着火延迟期和供氧的影响增幅越来越小,NO_x的降幅几乎随EGR率呈线性变化,而排气烟度则呈二阶多项式趋势的恶化。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

基于道路载荷谱的柴油机激励分析和台架试验循环研究

基于车辆典型路面行驶产生的道路载荷谱,对发动机的典型运行工况和瞬态行为进行了分析和研究,构建了基于道路载荷的台架运行循环。研究表明:1 500r/min和1 600r/min是车辆行驶过程中柴油机的常用转速,其使用频率远高于其他转速;转速超过1 800r/min时柴油机多数工作于满负荷工况点;柴油机在1 400~1 800r/min运行时主要集中在中高负荷工况,负荷百分比统计值高于60%;整个载荷时间历程中,500~600r/min幅度的转速跃变比例高,且转速最大跃变不会超过1 000r/min。构建的台架运行循环与实际道路载荷强度相似、转速分布类似,能够表征车辆行驶过程中柴油机的激励状态。