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。     

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。     

基于瞬态响应的柴油机缸盖多轴应力分析

为了给缸盖的疲劳寿命预测提供准确的边界条件,以某型柴油机缸盖为研究对象,运用Ansys有限元分析软件,采用直接积分法对其进行了标定工况的瞬态计算,并将计算结果与有限元静力学分析结果进行了对比。考察瞬态计算得到的应力多轴状态,研究高应力梯度部位多轴应力的变化趋势,结果表明:气缸盖在工作时,结构上的多轴比例载荷与多轴非比例载荷状态共存。     

基于发动机台架考核方法的气缸盖高周疲劳特性研究

依据发动机台架考核规范,运用疲劳强度理论,对某铸铁气缸盖进行高周疲劳强度评估。明确温度和应力随考核工况改变的变化行为,研究气缸盖各区域受工作载荷的影响状况,为缸盖寿命评估模型提供载荷边界。结合疲劳理论,在考虑材料修正的基础上进行了疲劳特性分析和损伤状况分析。分析表明,气缸盖各区域的疲劳安全系数均大于1,视为安全,但冷却钻孔区域的安全裕度较小。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究

缸盖作为发动机的关键组成部件,使用工况较复杂,容易发生热机械疲劳(TMF)失效,其疲劳强度特性的优劣直接影响发动机的寿命。文章针对发动机开发过程中缸盖开裂的工程问题,建立了缸盖高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)计算模型,综合分析缸盖开裂的原因。根据发动机热冲击试验规范计算了缸盖的瞬态温度场,以反映实际试验中金属温度场情况;进行了缸盖TMF材料属性测试,得到了等温低周疲劳数据;同时在TMF计算模型中考虑了蠕变、氧化、硬化和软化等因素。计算结果表明,该缸盖局部存在寿命较低的情况,位置与试验中缸盖开裂位置吻合;经过局部结构优化,寿命达到设计要求,并通过了试验验证,解决了该缸盖的开裂问题,为后续开发提供了技术保障。     

不同工况下的缸盖低周疲劳对比分析

利用有限元方法,基于sehitoglu低周疲劳损伤模型,针对稳态温度场和瞬态温度场两种工况对某发动机缸盖进行低周疲劳分析对比。分析结果表明,瞬态温度场工况下的缸盖低周疲劳寿命远低于稳态温度场工况下的疲劳寿命。     

活塞组件耦合作用下的气缸套变形特征分析

为评估某V型高强化柴油机气缸套的变形特征,考虑活塞组件的耦合作用,建立气缸套变形分析的有限元分析模型。采用有限元非线性求解方法对气缸套热-机耦合工况下结构变形进行求解,获得气缸套工作状态下的结构变形量,并充分说明在气缸套结构变形分析中考虑活塞组件耦合效应的重要性。分析了缸套结构纵向及不同高度截面变形特点,结果表明,缸盖螺栓预紧载荷和活塞侧向作用力对缸套缸口和活塞上止点处的截面变形影响较大,气缸套中下部截面变形相对较小,主要以椭圆变形为主。     

柴油机缸体—缸套—缸盖—冷却水整体耦合传热仿真研究

采用CFX软件,对由缸体—缸套—缸盖—冷却水组成的系统进行耦合传热分析研究,探索了柴油机整机模拟技术的难点和重点。对耦合系统在标定工况下进行计算,得出了柴油机缸盖、缸套的温度场以及冷却水的流场,提出了冷却水道的改进措施。     

考虑过盈配合的悬架控制臂焊缝疲劳分析

为了准确地评估悬架控制臂的焊缝疲劳寿命，在考虑过盈装配应力基础上进行了焊缝疲劳分析。对比了理论计算和有限元方法计算的控制臂过盈装配应力，对耐久载荷进行了等效处理，将耐久工况简化为三个简单工况。介绍了“VOLVO”焊缝疲劳分析方法，使用该方法校核了控制臂焊缝疲劳寿命。分析结果与台架试验结果较为一致，优化方案顺利通过整车耐久验证。     

基于计算机辅助工程技术的柴油机缸盖垫密封性分析

某柴油机缸盖垫在前期通过了面压试验确认,但在可靠性试验中出现缸盖垫开裂现象。利用Abaqus软件建立仿真计算模型,对不同工况下的缸盖垫线压力、波动量进行分析。结果表明,原缸盖垫线压力满足设计要求,但波动量超过了设计限值。随后提出改进方案,并对改进方案,进行仿真分析,最终通过缸盖垫疲劳振动试验验证2种缸盖垫的仿真计算结果。     

气缸盖材料热疲劳试验台的开发

为比较不同气缸盖材料在实际循环热负荷条件下的疲劳特性,开发了1套用于进行热疲劳分析的新型试样设计与试验系统。采用有限元分析对试样几何结构和热循环进行了优化。利用高频感应加热器对热疲劳试样的哑铃形截面进行了局部加热,并利用压缩空气对其进行了冷却。然后,利用试样范围内产生的非均匀热梯度内部诱导产生机械应变,从而精确模拟气缸盖内气阀桥在实际工况下的运行情况。所得到的疲劳寿命不仅与合金固有的抗疲劳强度有关,而且还与导热系数、弹性模量和热膨胀系数等其他相关属性有关。该试验是比较不同合金热疲劳应用的必要工具。为了研究组成变化及热处理对热机性能的影响,对4种铝合金进行了测试,并对该试验方法及其结果进行了详细介绍。     

汽车悬架系统中铰接点载荷的计算方法

考虑衬套6个自由度的非线性刚度,建立了汽车悬架系统中各铰接点(球铰和衬套)载荷的计算模型。基于悬架控制臂和转向节臂等力-位移静平衡方程,给出了悬架系统各铰接点力的计算公式。以某一汽车的双横臂悬架系统为例,分别利用未考虑控制臂衬套、仅考虑控制臂衬套的线刚度和同时考虑衬套线刚度和扭转刚度(6自由度的非线性刚度)的3种模型,计算了在汽车典型和极限载荷工况下悬架系统各铰接点的受力。计算结果表明,在极限载荷工况下,考虑衬套6个自由度非线性刚度的模型能更准确地计算出各铰接点的力;计算得到的载荷可用作悬架系统各元件强度计算、刚度计算和疲劳试验的载荷输入。     

载重汽车车轮有限元分析

近年来,我国开始引进港口专用车,其行驶条件较好,通常是在低速大载荷工况下运行.通常情况下,车轮在小载荷高速工况下运行,其主要的失效属于高周疲劳损坏,而在低速大载荷工况下,可按低周疲劳计算不同车速下的极限载荷.     

变工况下的发动机连杆动态应力与疲劳损伤分析

以发动机曲柄连杆机构为研究对象,基于柔性多体动力学理论,建立了活塞、连杆、曲轴和飞轮的刚柔耦合动力学模型,分别计算了发动机稳态工况与变工况下的连杆应力,并对连杆危险节点的应力时间历程进行了雨流计数和疲劳损伤计算。结果表明,发动机在变工况运行时,连杆危险节点应力变化幅值相对稳态工况增大,加速了连杆的疲劳破坏。     

集装箱对伸缩式半挂车车架疲劳寿命影响研究

建立了伸缩式车架与相应的集装箱有限元模型,并采用惯性释放法对其进行了静态分析。在ADAMS/Car中建立了该半挂车的刚柔耦合多体动力学模型,得到了其在B级路面的载荷谱。结合材料的S-N曲线、结构单位载荷应力结果和车架载荷谱对有无考虑集装箱刚度状态下的伸缩式车架进行了疲劳寿命分析。结果表明,考虑集装箱刚度的车架仿真更符合实际;由于伸缩前、后车架载荷分配的差异,导致拉伸后车架的疲劳寿命远大于缩短时车架疲劳寿命。     

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。     

曲轴动态应力模拟及多轴疲劳计算

建立了某4缸柴油机曲轴轴系和主轴承座的有限元模型,采用EXCITE软件对曲轴轴系和连杆活塞组进行了多柔体的动态仿真,模拟了不同转速工况下曲轴随曲柄转角变化的动态应力。对曲轴动态应力结果进行了多轴疲劳计算,校核了不同运转工况下曲轴的疲劳安全系数,解决了弯扭耦合与多子系统交叉耦合时整体曲轴疲劳可靠性计算的难题。     

风冷内燃机缸盖火力面过渡工况下热负荷试验研究

在过渡工况下,发动机受热零件的温度梯度很大,低周热疲劳严重。本文通过对一台小型风冷内燃机气缸盖火力面的温度测量,试验分析了过渡工况下缸盖火力面的温度变化规律,研究了其热负荷状况,并为进一步进行非稳态温度场有限元计算提供真实的边界条件。     

基于活塞热机耦合仿真的柴油-天然气双燃料发动机替代率研究

建立了柴油-天然气双燃料发动机活塞、活塞销、连杆的有限元模型,分析了活塞在不同替代率下标定功率工况时的温度分布情况,将活塞上某些点处的仿真值与实测值进行了对比,误差满足工程要求.将温度场分布作为热机耦合的初始条件加载到活塞上,计算活塞热机耦合作用下的应力场和变形场.结果表明:活塞最高温度值出现在活塞顶部偏离燃烧室一侧,热机耦合的最大应力出现在销座内侧上部,最大变形值出现在活塞顶部偏离燃烧室的外侧,并随着替代率的增加而升高.