cae技術(shù)在發(fā)動機開發(fā)中的應(yīng)用-在線瀏覽
2024-09-24 11:26本頁面
【正文】 價； （ 4）對應(yīng)力進行評價； （ 5）疲勞評價 (fatigue)； （ 6）滑移和滑移表面壓力評價（ slip）； 螺栓預緊工況 軸瓦過盈工況 熱負荷工況 軸承動壓工況 有限元模型 有限元模型 邊界條件施加 螺栓預載荷施加的接觸面 螺栓裝配載荷工況邊界條件 軸瓦裝配載荷工況邊界條件 熱載荷工況邊界條件 動軸瓦載荷工況邊界條件 變形結(jié)果 軸瓦孔的變形會影響到最小油膜厚度 ， 因此變形估算很重要 。 對軸瓦過盈裝配及熱載荷引起的變形在各方向基本均勻 ， 因此變形不予重點考慮 。 動軸瓦載荷引起的變形（ Fdyn＝ 32kN） 應(yīng)力結(jié)果 應(yīng)力允許的臨界值通過有限壽命的安全因子來評估 ， 左圖為當量應(yīng)力分布圖 ， 最大當量應(yīng)力與所用材料的屈服極限值比較 。 按照塑性進行處理時 ，所有區(qū)域 （ 包括螺紋以及螺栓頭部即螺母 ） 的最大當量應(yīng)力都應(yīng)該小于屈服極限 ，才能使強度滿足要求 。下圖為分界面上的壓力、應(yīng)力分布圖。其中 ??FN是最大理論摩擦力， ?是摩擦系數(shù)，一般取為 ； Q是剪切力。N F b m i n － Q BL 缸體和框架之間分界面壓力、應(yīng)力分布 主軸瓦背壓 高周疲勞分析 前三種工況視為靜載處理，僅僅考慮動載荷工況 組合所有的載荷工況以查找最不利的載荷組合。搭建有限元模型時，在兩區(qū)域太過苛刻的邊界條件（在bedplate和 inlay之間，真實情況存在滑動），如果考慮實際的滑動情況，該區(qū)域的安全因子應(yīng)該滿足要求。如果考慮局部的塑性變形等，該區(qū)域的安全因子也滿足要求。 流固耦合分析 發(fā)動機缸蓋熱負荷分析 采用流固耦合分析方法，分析 SSI和 DSI發(fā)動機的溫度場和熱應(yīng)力。 ? 模型處理 （ 1）水套壁面的邊界條件采用 CFD軟件計算得到； （ 2）燃燒室壁面的邊界條件采用發(fā)動機熱力學軟件計算得到； （ 3）氣道邊界條件通過實驗數(shù)據(jù)或根據(jù)經(jīng)驗確定； （ 4）建立三維模型后，抽取三維模型的殼網(wǎng)格，將 CFD邊界條件映射至水套壁面，得到水套 壁面的邊界條件，邊界條件的建立過程如圖 4： 圖 4 水套壁面邊界條件建立過程 （ 5）導套與缸蓋、火花塞與缸蓋、氣門座圈與缸蓋之間采用 TIE連接； （ 6）氣門與導套、氣門與氣門座圈間建立接觸模型，接觸面取傳熱系數(shù)； ? 溫度場計算結(jié)果 圖 5和圖 6為 SSI和 DSI發(fā)動機缸蓋溫度場計算結(jié)果，圖 7和圖 8為 SSI和 DSI發(fā)動機缸蓋熱應(yīng)力計算結(jié)果，圖 9和圖 10為燃燒室壁面溫度測量值與計算值的對比情況： 排氣歧管熱負荷分析 ? 模型處理 由于高熱負荷的作用，發(fā)動機排氣歧管出現(xiàn)裂紋失效，通過流固耦合方法，計算發(fā)動機排氣歧 管的熱負荷，然后，根據(jù)計算結(jié)果提出改進方案。 隨后，模擬發(fā)動機臺架實驗外流場，計算排氣歧管外壁面的傳熱邊界條件，邊界條件的建立和映射過程同。 排氣歧管內(nèi)表面邊界條件采用一維熱力學和三維 CFD向結(jié)合，通過熱力學分析得到 inlet和 outlet 的邊界條件，然后，計算內(nèi)表面 720CRA的瞬態(tài)對流邊界條件，最后，等效成內(nèi)表面的一個循環(huán)的 穩(wěn)態(tài)傳熱邊界條件，并將該邊界條件映射至歧管內(nèi)壁面的表面網(wǎng)格。 ? 計算結(jié)果 圖 8和圖 9為原方案排氣歧管熱應(yīng)力計算結(jié)果；圖 10和圖 11為改進方案 1熱應(yīng)力分析結(jié)果，圖 12和 圖 13為改進方案 2熱應(yīng)力分析結(jié)果 ： 發(fā)動機整機溫度場分析 進行內(nèi)燃機整機傳熱模擬的研究，識別結(jié)構(gòu)熱負荷薄弱環(huán)節(jié)，進行產(chǎn)品的完全數(shù)字化設(shè)計， 從而降低開發(fā)周期和成本。 ? 模型建立 內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)模型，包括缸蓋、火花塞、氣閥、缸體、框架、氣缸墊和連接螺栓等，見圖 1； 同時建立發(fā)動機的水套 CFD分析模型，見圖 2；詳細的傳熱模型還應(yīng)包括潤滑油道的 CFD傳熱模 型： 通過水套的 CFD分析得到水套壁面的對流邊界條件，對流邊界條件向壁面的映射方法同前節(jié)。工程計算時，為了保證模擬的精度和效率，采用將內(nèi)燃機熱力學計算結(jié)果和試驗經(jīng)驗相結(jié)合的方法來確定燃燒室壁面的邊界條件。 部件接觸表面之間的傳熱關(guān)系采用與距離相關(guān)的熱阻模型。圖 4圖示了某發(fā)動機的溫度場計算結(jié)果。首先 進行動力總成懸置支架的模態(tài)分析（計算固有頻率及振型），結(jié)果用于評價懸置支架 的 NVH性能，并對不合理的支架提出修改意見。在質(zhì)心處施加質(zhì)量和慣 量，剛體與柔體模型相結(jié)合。 ? 對于在 NVH測試中發(fā)現(xiàn)的單個支架發(fā)生共振 ， 需要改進的 ， 可單獨計算該支架的約束模態(tài) ， 不需進行整個模型分析
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