重型柴油机气缸盖结构强度及疲劳寿命的计算分析

作     者：胡学武 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：成晓北

授予年度：2013年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：发动机 气缸盖 有限元 模态分析 疲劳寿命 可靠性 

摘      要：随着发动机强化程度的不断提高，现代发动机升功率越来越大，受热零件的热负荷也随之增加。在内燃机工作过程中，气缸盖在承受大的机械负荷(螺栓固紧力、燃气爆发压力等)的同时，还存在高的热负荷，经常处于冷热工况交替、动静载荷转换的过程之中，是内燃机中工作条件最为恶劣的零部件之一。因此，气缸盖的强度可靠性问题一直是发动机设计中的关键课题，研究气缸盖结构强度及其可靠性分析对保障柴油机的安全运行具有非常重要的意义。 本文以一台六缸发动机气缸盖为研究对象，运用有限元分析分析方法，利用Hypermesh进行网格划分等前处理，通过ABAQUS进行模态分析和应力分析，在模态分析的基础上利用各种边界条件下的频率和振型考察缸盖的临界转速以及振动响应特性，在应力分析的基础上用FEMFAT进行高、低周疲劳寿命估算，并利用概率论对应力水平进行可靠性评价。 研究结果表明：该内燃机气缸盖各方向的刚度较好，没有明显抗震薄弱区，临界转速远高于发动机正常工作转速，不会发生共振现象;动态载荷下的响应应力值峰值高于同水平静应力值的29.47%;高周疲劳寿命最危险的区域在下层水套靠近缸盖螺纹孔附近，为2.14e8次;低周疲劳危险区位于缸盖鼻梁区，为13679次，均处于较为安全的水平;低周疲劳的可靠性要远远低于高周疲劳，应该重点关注低周疲劳所造成的破坏。