摘要:

针对气缸盖在工作中承受交变载荷，容易形成疲劳损坏的现象，介绍了一种快速有效的方法来计算气缸盖的疲劳寿命。首先利用Hypermesh 软件建立了有限元模型，针对不同区域设置了不同的单元密度，并通过有关参数来控制网格的质量。然后利用Abaqus 软件分别计算了气缸盖的温度场、稳态应力场和耦合应力场，在温度场的计算中，将燃烧室火力面划分为3 个区域，提高了计算精度。在稳态应力场计算中，将热应力场近似为稳态场，在保证精度的同时，为后续的疲劳分析提高了效率。最后采用疲劳分析软件MSC-Fatigue 计算并得到了气缸盖的疲劳寿命分布。研究结果表明: 燃烧室火力面一侧容易发生疲劳损坏，应作为设计的重点考虑部位。

引言：

气缸盖用来密封气缸的顶部，与活塞顶和气缸内壁共同组成内燃机的燃烧空间［1］。气缸盖的结构非常复杂，受力也很复杂，承受着脉动的气体作用力、气缸盖螺栓的预紧力、气门座圈的过盈装配力和气门导管的装配过盈力。同时，气缸盖各部分的温度也很不均匀，所以气缸盖承受的机械应力和热应力都很大，容易形成疲劳损坏［2］。

目前，对气缸盖的研究方法主要是进行疲劳试验和仿真模拟计算。由于气缸盖的体积较大，疲劳试验受到了限制，只能选取少数几件来验证其结构寿命，而仿真计算却不受限制。因此通过仿真计算不仅可以缩短设计周期，而且可以降低研究费用。

2004 年，梁莎莉等人［3］计算了不同设计方案下的气缸盖温度场和应力场，对气缸盖破损原因进行强度分析，为气缸盖的改进设计和优化设计提供了理论依据。2007 年陶建忠等人分析了6200 型柴油机在功率提升前后的气缸盖的拉应力分布，对气缸盖的疲劳安全系数进行了计算分析［4］。2008 年胡定云等人［5］用数值仿真方法对某柴油机气缸盖的疲劳可靠性进行了预测，并与试验结果进行了对比。2009 年骆清国等人［6］对由“缸体—缸套—缸盖—冷却水”组成的系统进行了耦合传热分析研究，探索了整机模拟技术的难点和重点。对耦合系统在标定工况下进行计算，得出了柴油机缸盖、缸套的温度场以及冷却水的流场，提出了冷却水道的改进措施。

总体而言，有关气缸盖强度分析的报道并不多，特别是疲劳寿命计算方面。基于某机型的气缸盖，本研究提出一种计算气缸盖疲劳寿命的便捷方法，对气缸盖的应力场进行分析，并计算气缸盖的疲劳寿命。

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热－ 机耦合条件下气缸盖强度及疲劳寿命分析