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发表于 2015-8-7 11:08:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
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基于ABAQUS的缸孔变形量计算

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

        为了更好地解决发动机机油消耗增加,并产生窜漏以及增加燃油消耗的问题,需要在发动机开发阶段对缸孔的变形量进行分析。本文采用有限元的方法重点考虑了在螺栓预紧力下的缸孔失圆问题。
        由于国家法规和用户要求的不断提高,消费者对于车辆本身性能的要求也越来越高,同时,对排放以及油耗的关注也越来越多。经分析,缸孔变形问题会使发动机机油油耗增加、产生窜漏以及燃油消耗的增加。本文采用有限元的方法,研究在设计初期如何避免缸孔变形大的问题。
        缸孔变形量分析
        缸孔变形量可以用傅立叶级数来描述,通过傅立叶级数对缸孔变形量进行评估,并对其进行傅立叶拟合,研究缸孔的变形形式及程度。可以近似表达为如下形式:
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

        有限元模型及边界条件
        分析模型包括缸体、缸盖、缸垫、气门座圈、气门和缸盖螺栓,如图1所示,载荷为气门座圈的过盈量以及缸盖螺栓的预紧力。缸垫的压缩特性曲线如图2所示。
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

        分析结果
        1.缸孔截面的傅立叶变换后各阶的变形量
        傅立叶展开后变形量的限值以及各缸变形最大值如表1所示。从结果可以看出,第一缸和第四缸在第四阶的变形量超过了设计限值,而第二缸和第三缸在第六阶超过了设计限值,并且第三缸在第三阶也超过了设计限值。
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

        2.缸孔各截面的失圆情况
        各缸水平截面的变形情况如图3~6所示。图中0°的位置在进气侧,180°的位置在排气侧,从结果可以看出,主要在45°、135°、225°和315°位置变形量较大,这几个位置处在各缸缸盖螺栓的连接线上,承受的载荷较大。
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

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        3.改进后结果
        针对以上的问题我们提出了两点修改建议:一是增加缸套的壁厚;二是修改气缸垫的结构。综合考虑修改难度,我们采用了修改气缸垫结构的方法。
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

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        各缸的傅立叶展开后变形值如表2所示,各缸水平截面的变形情况如图7~10所示。可以看出,修改气缸垫的结构后缸孔变形量有了明显的改善,不仅傅立叶展开后的变形量都满足了限值要求,而且各缸水平截面的变形量均有明显的降低,效果非常明显。
       

基于ABAQUS的缸孔变形量计算

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        结语
        经过分析计算,第一缸和第四缸缸孔截面的傅立叶变换后四阶变形量超过限值,主要是在缸孔深度10~25mm之间变形过于剧烈。从各缸的水平截面的失圆形式可以看出,主要在45°、135°、225°和315°位置变形量较大,这几个位置处在各缸缸盖螺栓的连接线上,承受的载荷较大。通过修改缸垫结构,傅立叶变换后变形量均为超过限值,各缸水平截面的变形量也有明显改善,效果明显。
        通过有限元的方法可以在设计初期使缸孔变形量控制在合理的情况下,避免了后期试验出现问题时在时间和成本上的浪费,对于提高发动机的品质和缩短开发周期具有重要的意义。
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