了解了預(yù)測(cè)缸蓋低周疲勞問題的理論依據(jù)，下面的任務(wù)就是如何通過一些途徑，對(duì)其值進(jìn)行計(jì)算。本研究主要采用有限元的方法對(duì)其溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬。圖1為整個(gè)分析的計(jì)算流程。
一、傳熱分析
首先需要通過CFD軟件計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒和水套的傳熱邊界。因?yàn)橹挥兄罒嵩春屠鋮s源才能計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋的溫度場(chǎng)分布。溫度場(chǎng)計(jì)算邊界如圖2、圖3所示。
將溫度場(chǎng)邊界加載到整機(jī)有限元模型中進(jìn)行溫度分布計(jì)算。在溫度場(chǎng)的計(jì)算過程中，由于水套的某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，而傳熱系數(shù)會(huì)隨著沸騰現(xiàn)象的強(qiáng)弱發(fā)生改變，所以在計(jì)算迭代的過程中需要加入一個(gè)子程序參與迭代。該子程序的功能是用于增加由于沸騰效應(yīng)存在的那份傳熱量。傳熱量算中，主要包括2種工況，一種是發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定工況，另一種是發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速工況。圖4為發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況下缸蓋溫度場(chǎng)結(jié)果。
二、熱應(yīng)力分析
應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果包括裝備載荷、標(biāo)定工況下熱載荷和怠速工況下熱載荷。圖5為標(biāo)定工況下缸蓋應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果。
三、子模型與整體模型結(jié)果對(duì)比
由于缸蓋的模型非常大，如果計(jì)算冷熱沖擊交變載荷工況，計(jì)算機(jī)所需要的時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，并不適合工程計(jì)算和解決工程問題，所以在下面的分析中引進(jìn)子模型的分析方法。將標(biāo)定工況和怠速工況的溫度和位移邊界從整體模型中分別提取出來，然后加載到子模型中，計(jì)算出子模型的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。圖6、圖7是整體模型和子模型的對(duì)比結(jié)果。
從圖6、圖7的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，整體模型和子模型的應(yīng)力大小和分布完全一樣。以此證明，該邊界可以滿足計(jì)算要求。將其邊界作為交變載荷反復(fù)作用在子模型上進(jìn)行計(jì)算，即可看到子模型上某些區(qū)域發(fā)生塑性累積和低周疲勞(見圖8)。將應(yīng)力結(jié)果導(dǎo)入到疲勞軟件中，依據(jù)上述提到的Sehitogl理論，進(jìn)行損傷值的計(jì)算。http://www.aishufu.cn
