我们针对机械疲劳考核中出现的气缸盖开裂问题,运用疲劳试验及仿真评估技术,对缸盖失效位置进行疲劳强度评价,研究结构改进设计和材料性能强化对疲劳安全系数的影响。最终提出满足设计要求的改进方案,并顺利通过机械疲劳试验考核。

以某柴油机气缸盖为研究对象,开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作,用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中,考虑螺栓预紧载荷,结合刚度匹配计算,使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近,在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核,经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术,运用塑性应变能理论,计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命,分析表明,寿命最低的考察点位于排气鼻梁区,其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明,该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求,验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。

基于平板传热理论和正交试验方法,探明了影响气缸盖火力板壁温的各换热边界的主次顺序和影响规律,研究结论可应用于气缸盖设计,为热负荷控制提供方向和参考。在某气缸盖研发过程中,结合上述理论,以控制火力面温度最低为目标,确定火力板厚度为首要的控制参数,并确定了最优值,同时验证了平板传热理论应用于探寻火力板温度影响规律的可行性和正确性。

以某柴油机气缸盖为研究对象,针对其在试验过程中出现的开裂问题,利用仿真分析手段,从冷却流场、温度场、应力、变形、疲劳安全系数等多个维度对气缸盖的受力状态进行评估,以探寻导致该气缸盖失效的载荷作用机理和疲劳开裂机制。研究结果表明,仿真评估模型中疲劳安全系数最低的区域与实际使用过程中的开裂位置一致,该区域在温度载荷和气体力载荷构成的疲劳循环载荷作用下发生开裂。