目录

第一章 绪论 1

1。1 概述 1

1。2 缸盖有限元分析的意义 2

1。3 缸盖强度的发展现状与趋势 3

1。3。1  国内外发展现状 3

1。3。2  国内外发展趋势 6

1。4 研究内容及具体工作 7

1。4。1  研究内容 7

1。4。2  具体工作 7

第二章 有限元分析的理论基础 8

2。1 有限元法的概述 8

2。2 热分析的理论基础 8

2。2。1  热分析类型 8

2。2。2  稳态温度场 10

2。2。3 温度场的三类边界条件和初始条件 11

2。3 本章小结 11

第三章 气缸盖实体模型及有限元模型的建立 12

3。1 4F20 柴油机的简介 12

3。2 缸盖实体模型的建立 13

3。3 4F20 柴油机气缸盖的有限元模型的建立 16

3。3。1  网格划分 16

3。4 本章小结 21

第四章 缸盖的有限元分析 22

4。1 热边界条件的确定 22

4。2 缸盖的应力边界条件 24

4。2。1  位移边界条件 24

4。2。2  力边界条件 24

4。3 缸盖温度场及应力计算分析 24

4。3。1  温度场计算 24

4。3。2  热应力分析 27

4。3。3  机械应力计算分析 28

4。3。4 热-机耦合应力计算分析 29

4。4 本章小结 31

结 论 32

工作展望 33

致谢 34

参考文献 35

第一章 绪论

1。1  概述

四缸柴油发动机将柴油化学能转变成热能，紧接着再由热能再转化成机械能的机械 零件，其主要能量转化过程是柴油混合新鲜气体在气缸中发生剧烈燃烧，产生了温度高、 压力也高的气体推动各种运动部件对外界做功。覆在燃烧室上端的上盖为气缸盖。

我们可以从气缸盖的功能作用和它所处的结构位置可以见得，它承受较大的螺栓预 紧力、缸套的反作用力。柴油机气缸盖在运行的时候，不但要承受着巨大的高温燃气带 来的压力，还要承受水腔中冷却水带来的腐蚀作用。气缸盖的结构非常复杂，其螺栓孔、 气道排布复杂繁琐，各个位置之间的温差相差很大。因此，缸盖同时要面临非常大的、 无规则漫衍的的热应力和机械应力，其中鼻梁区域的工作环境更为恶劣。

随着汽车、船舶行业的快速发展，柴油机的输出功率也变得越来越大，许多已有的 柴油机结构已经没办法保证其可靠性，尤其是承受特别高的温度和应力的鼻梁区。长时 间处于高温状态会很大程度上削弱金属材料的各方面性能，对柴油机的寿命将会有非常 明显的影响。缸盖要是长时间处于高热应力状态，就容易造成热疲劳裂纹，就会非常容 易造成缸盖的破坏。为了提高气缸盖的性能，我们可以采取改变其材料的方式对其进行 改进，但是这种方法只适用于低功率发动机，对于大功率的柴油机这种方法是行不通的。 我们应该对气缸盖结构进行改进优化，以此来提高其耐热性能和整体的机械性能。因此， 根据柴油机的相关数据的得出其边界条件，再根据边界条件得出温度场，然在利用有限 元分析进行热-机械强度校核，这个方法是针对气缸盖的结构设计,降低热负荷低的。