[發明專利]一種氣缸蓋分區疲勞壽命預估方法

有效

• 申請號: 201811519600.3
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109598079B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 葛玉霞;王增全;吳波;楊聰天;許明勝;劉海瑞;鄧雅沖
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所（天津）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04;G06F119/08
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

本發明提供了一種氣缸蓋分區疲勞壽命預估方法，首先對氣缸蓋熱機耦合失效機理進行仿真分析，確定不同失效模式之間的判定準則，再根據不同區域的失效模式對氣缸蓋進行分區，針對特定的失效模式采用不同的疲勞損傷及壽命預測模型，分區預估氣缸蓋疲勞壽命。針對氣缸蓋不同部位材料特性、載荷工況不同的問題，確定一種分區疲勞分析方法預估氣缸蓋疲勞壽命，減少常規疲勞分析中由于失效模式不同導致的偏差問題，并且為采用軟件一次性完成整個氣缸蓋疲勞壽命預估提供了技術支撐。

技術領域

本發明屬于車用發動機疲勞壽命預估方法技術領域，尤其是涉及一種氣缸蓋分區疲勞壽命預估方法。

背景技術

現代高強化發動機氣缸蓋一般采用液體冷卻模式，要求在狹小的幾何空間內實現進排氣、燃燒室密封和流體冷卻散熱的功能，使得氣缸蓋內部結構非常復雜，整體的溫度梯度很大，溫度分布很不均勻。造成氣缸蓋的一些關鍵區域，如火力面鼻梁、排氣道鼻梁、氣道壁和噴油器安裝孔等位置的疲勞失效機理完全不同。有些區域溫度低卻應力變化較大、有些區域溫度高但是溫度在工作過程中基本保持不變、有些區域溫度和應力均有較大的變化，導致在氣缸蓋一個零件上存在機械疲勞、熱疲勞失效、高溫疲勞、高溫蠕變疲勞等多種疲勞失效模式。多種失效模式共存和復雜的失效機理造成氣缸蓋疲勞耐久性評估過程中無法用一個統一的損傷模型和壽命計算方法，必須根據不同部位實際的失效物理確定不同失效模式之間的判定準則，建立相應的損傷和壽命預估模型才能更加全面的反映氣缸蓋的耐久性水平。

由于不同失效模式的分析方法不同，采用相同疲勞損傷計算模型和壽命預估方法不能有效的滿足整個氣缸蓋的疲勞評估，也不能準確有效的計算氣缸蓋的疲勞壽命。

鑄造氣缸蓋本體材料各處還具有很大的分散性，在氣缸蓋的疲勞壽命預估中，采用單一的材料屬性和預估模型顯然不能完全表述氣缸蓋的各處的疲勞特性，需要根據具體部位的失效模式和本體材料特性分別選取計算模型和設定計算參數。同時氣缸蓋不同部位的疲勞失效機理不盡相同，溫度和應力(應變)是決定結構件是否失效的兩個根本因素，如氣缸蓋火力面鼻梁區、排氣道鼻梁區等是典型的熱機耦合疲勞，而水腔隔板、頂板等則又是以高溫高周疲勞為主，其疲勞損傷計算模型和壽命預估方法完全不同。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種氣缸蓋分區疲勞壽命預估方法，以分區計算可以使計算更有針對性，并在軟件實現中更加方便。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種氣缸蓋分區疲勞壽命預估方法，包括以下步驟：

a、對氣缸蓋進行溫度場、應力場及其時變特征進行測試或仿真；

b、氣缸蓋熱機耦合失效機理分析；用于獲得不同分區

c、根據氣缸蓋不同失效模式對氣缸蓋進行分區；

d、氣缸蓋各個分區的材料性能測試；

e、對氣缸蓋不同分區采用不同的損傷模型和壽命預估模型；

f、確定氣缸蓋疲勞壽命。

進一步的，在步驟a中，通過測溫試驗或有限元仿真方法獲得氣缸蓋溫度場；通過應力應變測試或有限元靜力學仿真分析獲得氣缸蓋應力場。

進一步的，通過氣缸蓋測溫試驗確定底面測點，采用溫度傳感器確定各點溫度；或通過燃燒換熱分析及有限元流固耦合分析；或采用第三類換熱邊界條件計算，獲得溫度場。

進一步的，步驟c中，通過失效模式判定準則確定氣缸蓋疲壽預估分區：常規機械疲勞區、熱疲勞區、高溫機械疲勞區、熱機耦合疲勞區、蠕變疲勞區。失效模式判定準則是常規疲勞失效準則，見疲勞相關書籍，如機械工業出版社的《抗疲勞設計——方法與數據》。