基于试验载荷谱的气缸盖失效机理仿真分析

针对某型高强化柴油机铸铝气缸盖在台架试验中多次发生水腔与气道壁之间贯穿性断裂的问题,采用Abaqus有限元软件分析了气缸盖失效部位的温度场和热机耦合应力场及其基于试验载荷谱的时变规律,采用疲劳寿命预估理论对影响该型气缸盖疲劳寿命的主要因素进行了对比分析。结果表明,喷油器压紧力矩过大和铸造残余应力分散性大是造成该型气缸盖在水腔与气道壁之间断裂的根本原因,适当减小喷油器压紧力矩和控制气缸盖失效部位的铸造残余应力将大幅提高该型气缸盖的耐久性。     

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。     

基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究

通过测试气缸盖本体解剖试样,获得气缸盖材料的循环应力应变特性,并利用仿真方法验证其合理性。在此基础上,依据发动机低周疲劳台架考核方法,运用子模型分析技术,得到考核循环内气缸盖火力面的应力分布和塑性变形特性。基于塑性应变能理论,结合试验测试,对火力面低周热机疲劳寿命进行预测和评估,分析表明排气鼻梁区的寿命较低,约为1100次。     

汽车件的精密塑性成形工艺与疲劳寿命智能分析系统

将精密塑性成形汽车件的工程问题作为一个系统,基于三维大变形弹塑性力学理论、弹性力学理论和疲劳破坏理论,以数值模拟软件和相关疲劳计算软件为平台,建立了汽车件的精密塑性成形工艺与疲劳寿命智能分析系统。该系统首先模拟精密塑性成形,建立精密塑性成形工艺参数与零件内部应力—应变场之间的关系,在保留零件残余应力场的前提下,模拟分析零件的实际受力,获得了应力—应变响应,再结合材料疲劳性能参数和工作载荷,最终把精密塑性成形工艺参数与其受载后的疲劳寿命智能化地联系起来。经花键冷挤压工艺试验和疲劳试验验证,分析结果和试验结果吻合很好。     

高载荷气缸盖刚度和强度的分析研究

以承受20 MPa爆发压力的铝合金气缸盖为研究对象进行结构设计开发。采用有限元仿真分析的方法对5种不同方案的气缸盖刚度和强度进行数值模拟,并在综合性能较好的F0方案气缸盖上开展电测试验和疲劳试验。结果表明,气缸盖主承力结构的调整对气缸盖各处最大主应力有不同的影响规律;F0方案气缸盖具有一定的高周疲劳可靠性;电测试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真分析方法的正确性;疲劳试验验证了优化后的气缸盖可满足20 MPa爆发压力的设计需求。     

疲劳试验密封方式对气缸盖应力分布的影响

为对比密封方式对气缸盖疲劳试验结果的影响,对采用O型橡胶圈和气缸垫两种密封方式分别进行有限元分析和应力测量试验,得到了同一气缸盖采用这两种密封方式时的应力分布情况。结果表明,采用O型橡胶圈密封时,气缸盖的应力值大幅度降低,气缸盖疲劳试验结果较开放。     

发动机气缸盖气缸体一体化三维模拟研究

应用三维有限元方法,在发动机开发的布置设计阶段,建立发动机气缸盖气缸体的一体化模型,并进行详细的温度场分布和结构耐久性计算。在温度场分析中,引入水套CFD计算结果作为输入条件,并考虑材料的非线性温度效应,计算符合实际工况的温度分布。利用温度场的计算结果,进而进行结构分析,在考虑气缸垫材料非线性行为和各部件接触非线性的基础上,进行多个工况模拟,考察气缸盖气缸体的应力情况和疲劳安全系数,同时对气缸垫压力分布和缸套变形进行分析。     

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。     

强化处理工艺影响膜片弹簧载荷变形关系的分析

研究了强化处理工艺对膜片(碟形)弹簧载荷变形特性的影响机理,并进行了载荷变形特性试验,通过试验数据分析载荷变形与喷丸、强压等强化处理工艺的关系,发现残余应力是强化处理效果的主要表现形式.采用X射线应力仪对样件进行了残余应力测试,分析了残余应力的分布规律,发现残余应力和局部材料特性改变是影响载荷变形的主要因素,由此给出了初步解决方案.     

改进重载铝活塞的技术

由于柴油机的平均压力水平不断提高,并且要求更长的工作寿命,用一般方法铸造的铝活塞已不再能胜任工作。为了改进重载活塞的性能,需要新的工艺和强化材料。 采用挤压铸造工艺可改善铝合金的疲劳性能,采用纤维强化可进一步改善挤压铸造铝活塞的物理性能。金相和物理试验表明,硬模铸造、挤压铸造、挤压铸造金属基复合材料(MMC)在疲劳、抗拉和热膨胀等高温性能方面差别很大,对磨损性能也作了比较。性能的改进有助于在重载柴油机中继续采用铝合金活塞。     

基于圆角滚压工艺的曲轴疲劳行为研究

利用有限元计算软件Abaqus,采用三维显式动力学计算,模拟曲轴圆角滚压过程。利用软件自带的二次开发程序,编写数据采集程序,得到了曲轴圆角表面和内部的应力分布情况。参照曲轴真实疲劳试验,对曲轴进行模拟弯曲疲劳试验,得到不同弯矩水平下曲轴圆角应力分布情况。将模拟弯曲疲劳试验得到的圆角工作应力与滚压后的圆角残余应力进行耦合计算,获得更为准确的曲轴疲劳强度,并依此对曲轴滚压参数进行优化,优化后的曲轴疲劳极限弯矩提高15.7%。     

激光喷丸DP980高强钢诱导的残余应力分布特性

为研究激光喷丸后DP980高强钢的残余应力分布特性,建立有限元分析模型,分析不同激光喷丸次数对材料表面及深度方向的应力分布影响规律。开展不同激光喷丸次数的强化试验,并对试样进行残余应力检测,验证试验与模拟结果的一致性。通过对比激光喷丸前、后试样的表面粗糙度差异,发现激光喷丸后试样表面产生了塑性变形,并在表面形成均匀的残余压应力。在深度方向上,为达到材料内部应力平衡,试样芯部产生了低幅值的拉应力。随着激光喷丸次数的增加,材料表面诱导的残余应力幅值升高,产生更深的影响层。激光喷丸在材料表面诱导的残余压应力增加了零部件内部微裂纹的闭合力、延缓了裂纹扩展速率,可提高零部件的使用寿命及可靠性。     

采用新型U肋的钢桥面板焊接残余应力研究

基于热弹塑性有限元法,采用ANSYS软件,以镦边U肋与顶板连接处焊缝为研究对象,运用生死单元技术,模拟镦边U肋加劲钢桥面板的焊接温度场与应力场,并分析其焊接残余应力的大小与分布规律。结果表明:焊缝附近应力梯度大,存在较大的残余拉应力,拉应力峰值约为1.16f y;远离焊缝处,顶板存在0.23fy左右分布均匀的压应力,U肋最大压应力为0.09fy;设计时应考虑残余应力对结构性能的影响,尤其是疲劳问题。     

集成铸造缺陷的铝合金轮毂疲劳寿命预测

为提高轮毂疲劳寿命预测的准确性,建立了轮毂铸造缺陷集成模型.利用所建模型对某低压铸造铝合金A356轮毂进行了模拟分析,预测了该轮毂弯曲疲劳试验时的疲劳寿命.试验结果表明,铸造缺陷集成模型所预测的铝合金轮毂疲劳寿命与试验结果相吻合;与局部应力应变法预测相比,铸造缺陷集成模型预测结果更接近实测水平,提高了设计效率及生产效率.     

某柴油机排气歧管的热固耦合分析

某型柴油机排气歧管在热冲击试验中出现断裂。采用热固耦合的分析方法,模拟排气歧管在全速全负荷工作时的温度场以及冷却过程中的热应力。通过分析发现歧管出口处热应力超过了材料本身的屈服点,在局部产生了塑性变形。当温度低于室温时,歧管的局部区域反复产生残余应力与残余变形后,因热疲劳导致断裂。根据计算结果,找出了歧管断裂原因并提出了优化方案。     

摩托车前叉管疲劳断裂有限元分析

以现代疲劳理论为基础,应用有限元分析软件,根据静态应力分布、材料疲劳性能参数、道路实测应力谱,模拟了摩托车前叉管的疲劳寿命,并提出了改进措施,从根本上提高了前叉管的疲劳耐久性能,解决了前叉管的断裂问题。     

高强化蠕铁气缸盖热强度的分析与评价EI北大核心CSCD

采用经单缸机温度和应力测试验证过的流-固热耦合有限元模型,对某型高强化柴油机蠕墨铸铁气缸盖的冷却传热和热机耦合应力进行了计算分析。在此基础上研究了气缸盖火力面热流量、冷却液进口温度和流量等参数对气缸盖温度与热应力的影响,并引入机件热强度系数(C2因子)对气缸盖火力面鼻梁区抵抗热疲劳能力进行了评价。结果表明:C2因子能在一定程度上定量表征气缸盖的热强度,因而可对不同的结构设计方案进行快速定量对比;在高强化蠕墨铸铁气缸盖设计中采用高温冷却的思路,可提高气缸盖鼻梁区的抗热疲劳能力;增加冷却液进口流量能降低气缸盖鼻梁区的温度,但并不利于提高气缸盖鼻梁区的抗热疲劳能力。     

汽车发动机气门弹簧残余应力的研究

根据气门弹簧失效机理和气门弹簧的应力分析,阐述了与钢丝轴线呈45°(或135°)方向的残余应力是直接影响气门弹簧疲劳性能的因素。采用X射线应力测试仪对去应力退火和喷丸强化处理两道关键工序中弹簧的内、外圈表面和不同喷丸强化处理参数下次表面的残余应力进行了试验,并对气门弹簧进行了模拟发动机实际工况疲劳试验验证,得到了气门弹簧在这两道关键工序中残余应力和疲劳性能的关系,为今后通过优化工艺来改善气门弹簧的疲劳寿命和性能奠定基础。     

考虑机械约束的气缸盖低周疲劳试验与寿命预测

以某柴油机气缸盖为研究对象，开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作，用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中，考虑螺栓预紧载荷，结合刚度匹配计算，使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近，在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核，经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术，运用塑性应变能理论，计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命，分析表明，寿命最低的考察点位于排气鼻梁区，其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明，该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求，验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。     

柴油机齿轮室结构强度与疲劳特性虚拟预测研究

应力分布与疲劳特性研究是评价柴油机齿轮室结构设计合理性的关键因素,CAE技术已经成为解决该问题的重要手段。采用软件CATIA建立齿轮室装配体三维模型,并对齿轮室模型进行Hyper Mesh前处理;采用软件Abaqus对齿轮室进行有限元分析,分析获得齿轮室的模态结果与应力分布;采用疲劳软件Femfat进行结构安全系数计算,验证齿轮室结构的设计可靠性。研究结果表明,基于CAE技术的应力分布及疲劳特性研究能够快速有效的实现齿轮室设计合理性分析,对于其结构可靠性控制与未来开发具有一定的应用指导价值。