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论文所属行业:汽车

某柴油机缸盖强度计算

陈后涛，吴东兴，陈小方，李康宁，刘印

（中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，江苏，无锡214063）

摘要：以某四缸轿车用柴油机铝合金缸盖为研究对象，与流体软件耦合计算得到水套表面的温度和对流换热系数，使用有限元软件ABAQUS计算了缸盖稳态温度场、装配载荷下冷机

的应力分布、装配状态下的热机应力分布和各缸爆发时刻缸盖的应力分布，结果表明缸盖强

度低于材料屈服极限。基于应力结果计算了缸盖的高周疲劳安全系数和低周循环次数，结果表明缸盖疲劳安全系数满足使用要求。

关键词：铝合金缸盖；温度分布；热应力；疲劳安全系数

中图分类号：TH123+.3文献标志码：B

StressAnalysisofaDiseleEngineCylinderHead

CHENHoutao,WUDongxing,CHENXiaofang,LIKangling,LIU-Yin

(FAWWuxiFuelInjectionEquipmentResearchInstitute,wuxi214063,China)

Abstract:ABAQUSandstar-CCM+areemployedtocalculatedoutthermalloadofanaluminiumalloy

cylinderheadusedonautomobileengine.Theanalysiscontainstemperaturefield,stressdistributionunder

assemblyloadcondition,assemblyloadworkingwiththermalloadconditionandeachcylinderunder

explosionpressure.Thefiniteelementresultsshowthehighestmisesstressofcylinderheadislowerthan

thematerialyieldstrength.High-cyclefatiguecoefficientandlow-cyclefatiguecoefficientarecomputedby

Fe-safewiththestressresults.Conclusionisthecylinderheadwithoutfatigueproblem.

keywords:aluminiumalloycylinderhead,thermaldistribute,thermalstress,fatiguecoefficient

0引言

温度相对准确，且具有通用性，可以用来计算不

同机型和结构的缸盖热应力。

发动机缸盖是一个结构复杂的零件，在发动

机工作中承受缸盖螺栓预紧力、气门座圈的装配

1计算模型

应力、温度载荷和交替的燃气压力作用[1]。缸盖

1.1有限元网格

的强度和疲劳安全系数是缸盖设计中的重要参

数，模拟计算结果可以给缸盖的设计提供参考和

修改依据。

缸盖的应力主要由温度载荷引起

[2]，缸内燃

气由boost计算结果通过等效计算得到，水套的

计算模型包括缸盖、缸垫、缸盖螺栓、气门

座圈和简化缸体。取整个缸盖划分四面体网格，

共有1411366个单元。缸盖螺栓采用六面体单元，

气门座圈使用四面体单元。

作者简介：陈后涛（1987—），男，汉族，江苏无锡人，硕士研究生，研究方向为强度计算，(E-mail)cht411503@163.com;

散热边界由流体软件计算得到，其他表面换热边

界由经验值给定。使用ABAQUS计算了缸盖在

装配、爆发时的应力分布，使用fe-safe软件计算

了缸盖的高、低周疲劳。用本计算方法求得缸盖

水套的换热边界由流体软件计算得到，进、

排气道和自由表面的气体温度和换热系数由经验

值给定[5]。

1.4机械载荷

缸盖螺栓按屈服拧紧方式处理，按照螺栓标

图1计算模型

准计算螺栓的等效直径，确定危险截面，根据危

险截面确定螺栓预紧力。缸盖和气门座圈公差的

1.2材料参数

平均值来确定气门过座圈盈量。气门承受的燃气

缸盖的材料是ZL101A，材料的弹性模量压力按气门面积折算为压力施加到气门的下端

69GPa，泊松比0.31，导热系数150W/m·℃，线面。爆发时刻在缸盖火力面范围内施加爆发压力

性膨胀系数2.03×10-5，缸盖采用砂型铸造，固溶16MPa。

和人工时效处理后材料抗拉极限235MPa[3]，屈