在日常使用中也常常出现许多问题，其中大多数是因为气缸盖的强度不足引起的。 内燃机气缸盖的组成材料一般是铸铁。火力表面的温度梯度大大多数是因为缸盖上

表面的活塞同时和燃气、冷却液接触。较大的缸盖冷面压缩应力则会导致其塑性变形。 如果气缸盖长时间保持这种状态就会进入蠕变状态。当内燃机熄火后，火焰底面会产生 残余应力。高应力和高温度场以及复杂的机械力作用，造成火力表面形变可能性最大。

其次,柴油机气缸盖表面反复受到的机械负荷。高强度，高频率的机械碰撞容易导致 缸盖底板发生机械疲劳。由于该区域热应力较为稳定，所以本区域出现裂痕的概率很小。

为解决以上问题，缸盖强度分析的结果显示，需要在气缸头的结构改良强化。在过 去，内燃机设计人员渴望找到一种可以预见内燃机校核结果的工具，从而可以避免无止 境的实际模型试验。因此，大型通用有限元软件成了科研人员的福音。使用有限元软件 可以对零件施加各种不同载荷进行强度校核，极大的减少了研究人员的工作量，提高了 产品的研发效率，缩短了产品的研究周期。综上所述，使用有限元软件对气缸盖模型进 行强度校核分析是非常有必要的。

1。3 缸盖强度的发展现状与趋势

1。3。1 国内外发展现状

1。3。2 国内外发展趋势

1。4 研究内容及具体工作

1。4。1 研究内容

1、了解 4F20 发动机的特点；

2、建立四缸发动机缸盖的三维模型、有限元模型；

3、进行缸盖的相关载荷计算；文献综述

4、对缸盖的模型进行强度校核。

1。4。2 具体工作

1、结合 4F20 发动机的设计图纸进行建模。

2、利用缸盖的三维 Pro/E 模型依据相关文献来选取恰当的边界条件,完成前处理工 作。

3、应用通用有限元软件 ANSYS 对气缸盖模型进行热应力、机械应力、热-机械耦 合应力计算。

第二章 有限元分析的理论基础

2。1 有限元法的概述

有限元分析法是基于严谨的数学推导和扎实的物理知识，它的使用场景非常丰富， 在工程实际应用中发挥着巨大的作用，能够求解各种复杂的实际问题。上个世纪初，为 了了解飞机构架的复杂应力，美国科学家首次使用有限元分析法，后来人们逐渐意识到 有限元分析的重要性，并逐渐深入研究，前后将弹性理论、理论数学、计算机技术紧密 地结合到了一起，是一种强大的数值分析工具。很快，研究人员将其推广至传热学、电 磁学、流体力学等连续问题的求解应用中。由于气缸盖在内燃机整体零件中的重要地位 和其结构的复杂程度，内燃机制造的加工难度大、承受载荷分布情况复杂。所以，建立 准确的内燃机气缸盖有限元分析模型、准确描述气缸盖在实际工作状态下的边界条件一 直是国内外科研单位重点研究的方向。

有限单元法的基本思想方法是将连续区域离散为一组或许多组单元格，通过简单的 单元格来对复杂连续区域进行简化。假设每个单元内的近似函数，然后利用整个区域之 间的组合得到未知场的方程组是有限元数值分析法的一个重要特征[16]。未知函数或及未 知函数导函数的节点具体数值通常用来表示单元格区内的近似函数。这样的做法可以使 有限元分析对象从一个无限扩展自由度对象变成一个控制自由度对象，大大简化了求解 难度。最后，利用理论数学中的差值函数带入未知量可以得到方程问题的解。来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-