柴油机气缸套耦合场的有限元分析.pdf

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1、2010年第3期(总第117期)内燃机与动力装簧I．c．E&Powerplant2010年6月【模拟计算】柴油机气缸套耦合场的有限元分析闰理贵，李国祥(山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061)摘要：采用有限元分析方法，根据经验公式和CFD—FEA耦合方法进行边界条件的施加，对柴油机气缸套进行了温度场分析，并将温度场用于耦合场的计算，分析了不同载荷对气缸套变形的影响，研究结果表明：气缸套最高温度为582K，出现在内壁顶部，温度场分布由上至下逐渐变低；热载荷是气缸套变形的主导因素，控制缸套变形时应主要控制热载荷引起的变形，为气缸套的设计提供了理论依据。关键词：气缸套；温度场；热载荷；变形

2、中图分类号：TK422文献标志码：A文章编号：1673—6397(2010)03—0021—05FEAAnalysisofCouplingFieldontheCylinderLinerofDieselEngineYANLi—gui，LIGuo—xiang(SchoolofEnergyandPowerEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：AccordingtothetemperaturefielddatameasuredandCFD—FEAcouplingmethod，theboundaryconditioncalcu

3、lationoncylinderlineriscarriedout．Thetemperaturefieldofthecyl—inderlinerandthecouplingfiledunderthethermalanalyzingresultsaregivenwiththeFEAmeth—od．Theresearchresultshowsthattheworkingtemperatureofcylinderliner，whichappearsontheupperpartofinnersurfaceinthecylinderliner，canbehighupto582K，temperaturef

4、ielddistri—butionfromtoptobottomwhichgraduMlyturnslow；thermalloadistheleadingfactorindeformationofthecylinder．Socontroltocylinderdeformationcausedbythermalloadshouldbemoreimportant．Thesimulationprovidestheoreticalevidenceforcylinderlineroptimization．KeyWords：CylinderLiner；TemperatureField；ThermalIxm

5、d；Deformation引言随着现代柴油机强化程度的不断提高以及排放法规的日趋严格，对气缸套设计提出了更高的要求，不仅要求有足够的刚度和强度，保证其在工作时不致产生过大的变形，还要求有适度的冷却和对燃气、冷却水的可靠密封【l’2'3j。缸套的内壁直接受到高温高压燃气作用，而外侧又被冷却水包围，在内外如此大的温差下，气缸套将会产生一定的热变形。它的变形破坏了活塞环的密封性能，对发动机的正常工作有很大影响。因此对影响缸套变形的因素进行分析，控制气缸套的变形在一定范围之内是有必要的。本文采用有限元分析方法，对柴油机气缸套的温度场和变形进行了模拟计算，取出缸套变形数据对其影响因素进行分析，为缸套设计

6、提供科学依据。1有限元模型本次计算以某柴油机气缸套为研究对象，计算模型包括：气缸套、机体、气缸盖、气缸盖螺栓和气缸垫等，如图1所示。为了保证计算结果真实可靠，对气缸套未作任何简化处理，采用三维设计软件Pro／E按照实际尺寸建立几何模型。采用Hypermesh进行有限元网格划分，气缸套网格模型采用8节点的六作者简介：闫理贵(1985一)，男，安徽黄山人，在读硕士研究生，主要研究方向为内燃机CAE技术。·22·内燃机与动力装置2010年6月面体单元，共有45150个单元，54110个节点，图2来建立边界条件，如图3所示。是气缸套的三维实体模型和网格图。图1有限元模型图2气缸套模型为正确模拟零件之间

7、的接触关系，采用面面接触来模拟零件之间的接触表面。考虑气缸套凸肩与机体的缸套止口，气缸套上平面、机体顶平面与气缸垫，气缸垫与气缸盖底平面，气缸盖与缸盖螺栓，机体与螺栓之间的接触。气缸套的材料为铸铁，性能参数如下：密度7350kg／m3，比热容480J／(kg·K)，导热系数45W／(m·K)，弹性模量130GPa，线膨胀系数1．2E一05K～，泊松比0．31。2边界条件2．1温度场边界条件本文应用