一種氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法，屬于疲勞試驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為發(fā)動機(jī)最重要的零部件之一，氣缸蓋的工作環(huán)境十分惡劣，氣缸蓋的受力情況十分復(fù)雜。一方面，裝配過程中產(chǎn)生的螺栓預(yù)緊力、氣門座圈過盈力和鑄造過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力將作用于氣缸蓋工作過程的始終。另一方面，受發(fā)動機(jī)啟-停工況或怠速-全負(fù)荷工況等較大變化工況的影響，氣缸蓋將承受循環(huán)交變熱負(fù)荷作用，另外，氣缸內(nèi)產(chǎn)生的高頻爆發(fā)壓力也將作用于氣缸蓋的火力面。
[0003]氣缸蓋結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在其上不僅需要布置配氣機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣管路、進(jìn)排氣道、噴油器、冷卻水套和潤滑油路，還需要考慮其與燃燒室、缸套、機(jī)體等的匹配情況。由于氣缸蓋結(jié)構(gòu)和工況具有這種復(fù)雜性，使其主要危險位置往往處于多軸應(yīng)力狀態(tài)之下，容易發(fā)生熱機(jī)耦合工況下的疲勞破壞。
[0004]近年來，針對多軸疲勞問題，研宄者們進(jìn)行了大量基于試驗(yàn)和仿真的研宄，然而，研宄的對象多局限于標(biāo)準(zhǔn)件。原因主要是:針對實(shí)體氣缸蓋進(jìn)行的熱機(jī)耦合疲勞試驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高、試驗(yàn)周期長，具體實(shí)施過程十分困難和復(fù)雜。因此，對氣缸蓋疲勞問題進(jìn)行研宄時，一方面，為了準(zhǔn)確預(yù)測氣缸蓋熱機(jī)耦合疲勞壽命，必須考慮到氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜性所導(dǎo)致的危險位置的多軸應(yīng)力狀態(tài)。另一方面應(yīng)考慮改進(jìn)臺架試驗(yàn)，提高時效性、經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動機(jī)氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法，其可用于常見柴油機(jī)、汽油機(jī)氣缸蓋的疲勞試驗(yàn)；該方法一方面使用模擬件對特定的危險區(qū)域一一氣缸蓋火力面進(jìn)行了重點(diǎn)考察，具有較高的準(zhǔn)確性，另一方面，大部分工作通過仿真方法實(shí)現(xiàn)可以大大減少試驗(yàn)周期。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種發(fā)動機(jī)氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法，具體過程為:
[0008]步驟一、通過有限元仿真方法計算實(shí)體氣缸蓋不同危險位置應(yīng)力-應(yīng)變分量的大小和方向，并計算實(shí)體氣缸蓋不同危險位置的三個主應(yīng)力-應(yīng)變值；
[0009]步驟二、根據(jù)氣缸蓋火力面(危險位置)外形特征初步確定單向拉壓疲勞試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)，基于所確定的試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)，在Pro/E軟件中建立試驗(yàn)件模型；
[0010]步驟三、設(shè)定危險位置的第一主應(yīng)力-應(yīng)變值與危險位置截面面積的乘積為單向拉壓試驗(yàn)臺架上所需施加的最大循環(huán)載荷值；
[0011]步驟四、將試驗(yàn)件模型導(dǎo)入應(yīng)力-應(yīng)變仿真計算軟件中，按照最大循環(huán)載荷值進(jìn)行試驗(yàn)工況仿真，獲取危險位置各應(yīng)力-應(yīng)變分量的大小和方向，計算試驗(yàn)件模型危險位置的三個主應(yīng)力-應(yīng)變值；
[0012]步驟五、將步驟四中獲取的危險位置三個主應(yīng)力-應(yīng)變值分別與步驟一中獲取的實(shí)體氣缸蓋三個主應(yīng)力-應(yīng)變值分別進(jìn)行作差比較，當(dāng)差值與實(shí)體氣缸蓋各主應(yīng)力-應(yīng)變值之比皆小于預(yù)設(shè)參數(shù)ε時，將此時的試驗(yàn)件模型確定為最終模型，進(jìn)入步驟九，否則，進(jìn)入步驟六；
[0013]步驟六、如果實(shí)體氣缸蓋危險位置第一主應(yīng)力-應(yīng)變值大于試驗(yàn)件模型危險位置的第一主應(yīng)力-應(yīng)變值，在最大循環(huán)載荷值處在試驗(yàn)臺架測量范圍內(nèi)的限制條件下，縮小試驗(yàn)件模型的厚度，反之，增大試驗(yàn)件模型的厚度；
[0014]步驟七、在試驗(yàn)件模型厚度方向增加一圓弧過渡段，在應(yīng)力-應(yīng)變仿真計算軟件中重新計算危險位置的三個主應(yīng)力-應(yīng)變值；當(dāng)試驗(yàn)件模型三個主應(yīng)力-應(yīng)變值中沿厚度方向的主應(yīng)力-應(yīng)變值相比實(shí)體氣缸蓋沿厚度方向的主應(yīng)力-應(yīng)變值偏小時，適當(dāng)減小過渡圓弧直徑，否則，適當(dāng)增大過渡圓弧直徑；
[0015]步驟八、判斷試驗(yàn)件模型與實(shí)體氣缸蓋危險位置上第一主應(yīng)力-應(yīng)變值和沿厚度方向的主應(yīng)力-應(yīng)變值之間的誤差是否滿足預(yù)設(shè)要求，若是，將此時試驗(yàn)件模型確定為最終模型，否則不斷調(diào)整試驗(yàn)件模型的厚度和過渡圓弧直徑直至滿足預(yù)設(shè)要求為止；
[0016]步驟九、將確定最終試驗(yàn)件模型加工成型，然后在單向拉壓試驗(yàn)臺架上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明判斷所述最大循環(huán)載荷值是否在試驗(yàn)臺架所能施加載荷的范圍內(nèi)，當(dāng)最大循環(huán)載荷值高于試驗(yàn)臺架所能施加載荷的最大值時，增加試驗(yàn)件模型的厚度，當(dāng)最大循環(huán)載荷值低于試驗(yàn)臺架所能施加載荷的最小值時，減小試驗(yàn)件模型的厚度，直至最大循環(huán)載荷值處在試驗(yàn)臺架所能施加載荷的范圍內(nèi)。
[0018]有益效果
[0019]第一，本發(fā)明提出了一種能在單向拉壓試驗(yàn)臺架上進(jìn)行的氣缸蓋疲勞試驗(yàn)方法，在完成氣缸蓋模擬件的設(shè)計和制造工作后，可以直接將模擬件裝卡至單向拉壓試驗(yàn)臺架上。
[0020]第二，本發(fā)明用純機(jī)械疲勞試驗(yàn)代替熱機(jī)耦合疲勞試驗(yàn)可以大大降低試驗(yàn)周期，并在一定程度上保證試驗(yàn)的精度。
[0021]第三，由于傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)臺無法裝卡體積碩大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體氣缸蓋，且疲勞試驗(yàn)臺架難以針對危險位置一一氣缸蓋火力面實(shí)現(xiàn)高精度測量，因而本發(fā)明首先設(shè)計了方便裝卡和測量并能反映危險位置應(yīng)力-應(yīng)變特征的試驗(yàn)件，即缸蓋的試驗(yàn)件模型，針對該模型進(jìn)行試驗(yàn)，從而保證所進(jìn)行的疲勞試驗(yàn)具有較高的準(zhǔn)確性和針對性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明發(fā)動機(jī)氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法的流程圖。
[0023]圖2為本實(shí)施例有效的氣缸蓋模擬件形狀的主視圖、俯視圖和左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)氣缸蓋模擬件疲勞試驗(yàn)方法，具體過程為:
[0026]步驟一、通過有限元仿真方法獲取實(shí)體氣缸蓋不同危險位置應(yīng)力-應(yīng)變分量的大小和方向，并計算實(shí)體氣缸蓋不同危險位置的三個主應(yīng)力-應(yīng)變值；
[0027]確定實(shí)體氣缸蓋結(jié)構(gòu)的低周疲勞危險位置，進(jìn)行氣缸蓋危險位置的多軸應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)分析，若某應(yīng)力-應(yīng)變分量值與主應(yīng)力-應(yīng)變值相差兩個數(shù)量級及其以上，則將該應(yīng)力-應(yīng)變分量忽略。相關(guān)應(yīng)力-應(yīng)變分析結(jié)果表明，氣缸蓋排氣門鼻梁區(qū)和進(jìn)排氣門鼻梁區(qū)為危險位置，而氣缸蓋各鼻梁區(qū)位置剪應(yīng)力分量可以忽略，只有正應(yīng)力分量作用，且第一主應(yīng)力-應(yīng)變起主要作用，其他兩個方向上的主應(yīng)力值很小，約為第一主應(yīng)力-應(yīng)變的十分之一O
[0028]步驟二、根據(jù)氣缸蓋火力面外形特征初步確定單向拉壓疲勞試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)，基于所確定的試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)，在Pro/E軟件中建立該試驗(yàn)件模型。本步驟中提取氣缸蓋火力面危險位置的外形特性，使得所設(shè)計的試驗(yàn)件模型能夠在單向拉壓試驗(yàn)臺架上進(jìn)行加載試驗(yàn)，使得疲勞試驗(yàn)具有高效性。
[0029]步驟三、初步設(shè)定危險位置的第一主應(yīng)力-應(yīng)變值與危險位置截面面積的乘積為單向拉壓試驗(yàn)臺架上所需施加的最大循環(huán)載荷值，此載荷值必須處在試驗(yàn)臺架所能施加載荷的范圍內(nèi)，最好處在試驗(yàn)臺架精確測量范圍。
[0030]為了保證最大循環(huán)載荷值處于試驗(yàn)臺架所能施加載荷的范圍內(nèi)，因此該步驟中需要對最大循環(huán)載荷值進(jìn)行判斷，當(dāng)最大循環(huán)載荷值高于試驗(yàn)臺架所能施加載荷的最大值時，此時增加試驗(yàn)件模型的厚度，當(dāng)最大循環(huán)載荷值低于試驗(yàn)臺架所能施加載荷的最小值時，此時減小試驗(yàn)件模型的厚度，通過不斷調(diào)整試驗(yàn)件模型的厚度，直至最大循環(huán)載荷值處在試驗(yàn)臺架所能施加載荷的范圍內(nèi)。
[0031]步驟四、將試驗(yàn)件模型導(dǎo)入應(yīng)力-應(yīng)變仿真計算軟件中，按照機(jī)械疲勞試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，并按最大循環(huán)載荷值進(jìn)行試驗(yàn)工況仿真，獲取危險位置三應(yīng)