使用ANSYS多物理場仿真避免汽缸蓋出現(xiàn)熱裂紋

2016-10-28  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

發(fā)動機的鋁缸蓋經(jīng)常會發(fā)生問題。裂紋出現(xiàn)在靠近噴油器的汽缸蓋上,水從冷卻套管泄漏到汽缸蓋和噴油器之間的空間里。在極端條件下水會和燃料混合,造成發(fā)動機停運。

在ANSYS Mechanical 有限元分析(FEA)軟件中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型。使用自動接觸檢測功能可以發(fā)現(xiàn)和配置模型中的接觸,隨后會對模型施加機械載荷。首先初始化與汽缸蓋緊密接合的組件的接觸以及用于將汽缸蓋固定在缸體和其它組件上的螺栓預(yù)應(yīng)力;然后使用ANSYS Workbench 耦合功能施加溫度場(由CFD 仿真確定),供ANSYS Mechanical 計算與這些溫度有關(guān)的熱應(yīng)力;接著工程師選擇模型的內(nèi)表面,并施加CFD 仿真產(chǎn)生的溫度場以作為溫度載荷;最后一步是施加發(fā)動機工作周期中產(chǎn)生的壓力。

ANSYS Mechanical 可計算出對汽缸蓋施加完整載荷所產(chǎn)生的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅度。計算得出的應(yīng)力高于鋁材的屈服強度。至此工程師已經(jīng)明確找到裂紋發(fā)生的根本原因。

工程師隨后著手解決仿真發(fā)現(xiàn)的問題。他們決定把汽缸蓋材料改為某種規(guī)格的鑄鐵。這種鑄鐵的屈服強度遠遠高于鋁材。工程師還改進了冷卻系統(tǒng),從而解決在之前仿真中發(fā)現(xiàn)的低速流動區(qū)域問題。他們重新運行CFD 仿真,為修改后的汽缸蓋生成溫度場,然后將這些溫度場導(dǎo)入到ANSYS Mechanical 中。

因缸體溫度和壓力造成的Von Mises 應(yīng)力

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