[發明專利]一種低速柴油機氣缸蓋溫度場的模擬方法

無效

• 申請號: 201110295106.5
• 申請日: 2011-10-08
• 公開（公告）號: CN103034744A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 唐文獻;李大保;張建;齊繼陽;蔡運迪;李欽奉;王筱蓉;馬寶
• 申請（專利權）人: 唐文獻
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種溫度場的模擬方法，特別是關于一種低速柴油機氣缸蓋溫度場的模擬方法。

背景技術

氣缸蓋用于密封氣缸的頂部，與活塞頂及氣缸內壁共同組成發動機的燃燒空間。在發動機工作過程中，氣缸蓋在承受大的機械負荷(螺栓固緊力、燃氣爆發壓力等)的同時，還存在高的熱負荷，是發動機中工作條件最為惡劣的零部件之一。氣缸蓋的可靠性問題一直是發動機設計中的關鍵課題，而溫度又是影響氣缸蓋可靠性最重要的因素之一。

一、目前，在對氣缸蓋的開發過程中，對其溫度場的預測是很少的，一般都采用反復試驗的方法，成本高，周期長，造成一些沒有必要的浪費。也有采用有限元法計算的，但是這種用有限元計算的方法，對界面間的對流換熱系數等因素考慮的不夠系統，不夠全面。

發明內容

為克服現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種低速柴油機氣缸蓋溫度場的模擬方法，該方法充分考慮了界面間的對流換熱系數，并通過大量試驗的驗證，結果可信度高，同時，減少了氣缸蓋的試制次數，縮短了產品開發周期，降低了開發成本。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種低速柴油機氣缸蓋溫度場的模擬方法，其中所述方法包括以下步驟：

(1)建立氣缸蓋的幾何模型S1；

(2)根據氣缸蓋材料的物性參數，定義材料屬性S2；

(3)根據定義的材料屬性進行網格劃分S2；

(4)邊界條件的定義，包括位移邊界條件的定義S3和熱邊界條件的定義S4；

(5)熱源加載S5及用牛頓迭代法求解溫度場S6；

(6)溫度場結果分析與評價S7。

優選的，所述步驟(2)中，氣缸蓋材料性能參數至少包括彈性模量、泊松比、比熱容、線膨脹系數和熱導率。

優選的，所述步驟(3)中，氣缸蓋采用四面體傳熱單元。

優選的，所述步驟(4)中，熱邊界條件定義過程中的對流換熱系數的確定步驟為：首先設定各部分換熱系數初值S8，然后建立氣缸蓋對流換熱系數的回歸模型S9，確定目標函數、設計變量和約束，進而選取優化算法并進行迭代求解S10，最后根據迭代結果確定最佳的對流換熱系數S11。

本發明的優點是：通過計算機模擬的方法，具有成本低，周期短的優點，減少了試驗氣缸的制造量，從而可以有效的節約資源。

附圖說明

圖1為氣缸蓋溫度場模擬方法流程圖；

圖2為氣缸蓋三維幾何模型圖；

圖3為氣缸蓋劃分網格后的模型圖；

圖4為對流換熱系數回歸流程圖；

圖5為氣缸蓋溫度場結果云圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例來對本發明作進更一步的詳細描述和說明。

如圖1所示，本發明利用計算機技術對低速柴油機氣缸蓋進行溫度場模擬，其具體步驟如下：

步驟一：對需要模擬的氣缸蓋進行分析S0，建立氣缸蓋的三維幾何模型S1、定義材料屬性及對其進行網格劃分S2。

本實施例中，根據氣缸蓋圖紙，建立氣缸蓋的三維幾何模型，如圖2所示。根據氣缸蓋所使用的材料，定義其材料屬性，氣缸蓋材料為鎳鉻合金鋼，其熱物性參數如表1所示。在三維幾何模型的基礎上，利用有限元軟件對氣缸蓋進行網格劃分，使用四面體傳熱單元，如圖3所示。在容易產生應力集中的部位，離散單元要更加細致，一定要保證關鍵部位有足夠的網格精度，本實施例中網格總數大約在37.4萬，節點數在8.1萬左右。

表1氣缸蓋材料熱物性參數

步驟二：位移邊界和熱邊界條件的確定

本實施例中，根據氣缸蓋實際工作狀況，確定其位移邊界條件S3和熱邊界條件S4，其中位移邊界條件主要為裝配載荷邊界條件，主要考慮的是螺栓的預緊力。

熱邊界條件的確定是低速柴油機溫度場模擬的重點，其中對流換熱系數的求取是關鍵。具體求解步驟如圖4所示，首先設定各部分換熱系數初值S8，然后建立氣缸蓋對流換熱系數的回歸模型S9，確定目標函數、設計變量和約束等，進而選取優化算法并進行迭代求解S10，最后根據迭代結果確定最佳的對流換熱系數S11。

步驟三：邊界條件的加載

氣缸蓋的位移邊界條件根據其在發動機中實際工作狀況施加；氣缸蓋的熱邊界條件較為復雜，確定熱邊界條件主要是燃氣邊界，水套邊界，進排氣道邊界和油路邊界等，各換熱系數采用圖4所示方法求解并施加S5。

步驟四：對所述的低速柴油機氣缸蓋進行模擬計算并對結果進行分析評價。