某型柴油机气缸盖热-机械耦合分析

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1、某型柴油机气缸盖的热．机械耦合分析摘要气缸盖是柴油机中形状最为复杂的零件之一，它与活塞顶部及气缸内壁共同组成燃烧空间。气缸盖的工作环境非常恶劣，承受着燃气的爆发压力和气缸盖螺栓的预紧力，另外由于燃烧室内的燃气和冷却水的作用使气缸盖各部分温度分布很不均匀，产生很大的热应力。故气缸盖承受着很大的机械应力和热应力，同时，气缸盖所受的高温会降低材料的强度品质，使得气缸盖的损伤率大大增加，这严重威胁着柴油机整体的安全性和可靠性。本文对某型柴油机气缸盖进行了有限元结构分析。针对某型柴油机，建立气缸盖及其冷却水腔的实体模型；采用solid90网

2、格形式，对建立的气缸盖实体模型进行网格划分；根据气缸盖工作特点及有限元理论，建立了缸盖有限元分析模型；为获取精确计算所需的热边界条件，对气缸盖冷却水腔进行网格划分，建立流动计算模型并计算了冷却水腔壁面温度及换热系数；利用数值模拟方法对气缸盖进行了有限元分析，分别计算了气缸盖的温度场、机械应力场、热应力场，在此基础上进一步分析了热一机械耦合应力场及气缸盖在所有力作用下的变形。同时，与文献相关计算相比较，说明本文计算的正确性和可靠性。最后对计算结果进行分析，并在分析的基础上提出降低气缸盖应力的改进建议。计算结果表明气缸盖火力面板上的鼻

3、梁区应力较大，在气缸盖设计时应重点考虑该区域，同时该处的变形处于较高的水平，易发生疲劳损坏，在气缸盖设计时应特别注意。并且在气缸盖的热一机械耦合应力中热应力占耦合应力的主要部分。本文的工作可为气缸盖的结构设计和改进提供一定的参考，主要在降低气缸盖的热应力方面做出结构的改进。关键词：耦合：气缸盖：温度场；热负荷：机械负荷：冷却水腔哈尔滨T稃大学硕：仁掌何论文ABSTRACTCylinderheadisoneofthemostcomplicatedandimportantcomponentsinintemalcombustioneng

4、ine．Cylinderhead，thetopofpistonandlinerenclosetoformcombustionchamber．Theexplosiveforceandboltpre—tighteningforceactoncylinderhead，anditstemperatureisunevenduetotheeffectofworkingmediumincombustionchamberandwaterjacket，SOcylinderheadsuffershighmechanicalandthermalstre

5、sses，meanwhilehightemperaturewillreducestrengthqualityofthematerial，thismadethecylinderheadinjuryrateincreasedsignificantly，whichseriouslythreatenthesafetyandreliabilityoftheengine．Inthisthesis，FEAisemployedonthecylinderheadofengine．Lotsmethodsareintroducedtosolvethep

6、roblem．Establishedthesolidmodelofcylinderheadandcoolingwaterjacketofacertaintypeofengine；meshcylinderlleadusingtheelementtypeofsolid90：establishedfiniteelementmodelofcylinderheadaccordingtotheworkingcharacteristicandthefiniteelementtheory；meshthecoolingwaterjacketofcy

7、linderheadestablishedtheflowmodelandanalyzethetemperatureandheattransfercoefficientofwaterjacketwall．Thenumericalsimulationmethodisusedforthecylinderheadtothefiniteelementanalysis，inthesametime，theresultsofwaterjacketisusedasboundaryconditions．Thetemperaturefield，ther

8、malstressfieldandmechanicalstressfieldarecalculatedseparately．Onthebasisofthis，thermal-mechanicalstressfieldandthedeformatio