高功率密度船用柴油机冷却系统优化仿真分析

针对某高功率密度船用大功率柴油机开发设计过程中,缸内热负荷增加导致缸套等受热零部件温度过高的情况,对冷却水腔结构进行局部优化。采用数值模拟的方法对改进前后的流场和温度场进行了对比分析,结果表明:优化后的冷却系统使整体流动阻力减小3%的同时,明显改善了缸盖和缸套关键区域的温度和热负荷情况,其中缸盖排气阀座位置最高温度下降30℃,第一道活塞环位置缸套平均温度下降8℃。

高强度连杆轻量化设计研究

从优化外形结构、减轻质量和减缓过渡区应力集中的目的出发,基于有限元计算,分析了某型强载柴油机连杆结构的优化对改进应力分布、减轻质量以及提高结构强度和刚度的作用。分析表明:连杆结构优化后,在满足高强度应用的同时,质量减轻约8 kg,连杆螺栓连接部位的应力集中区域得到显著改善,连杆外形更有利于锻造加工。柴油机耐久试验考核表明,优化后的连杆结构强度和刚度满足使用要求。

单缸柴油机排气管疲劳开裂的仿真分析

针对单缸柴油机排气管的开裂问题,提出了基于等效振动和材料温度效应的热机耦合方法,利用有限元法计算排气管的温度和应力,并依据修正的Miner法则和线性累计损伤理论,考虑应力梯度、表面粗糙度和温度的影响,预测排气管结构的疲劳危险位置。结果表明:排气管失效的原因是由于上下方向刚度不足,存在热模态共振风险,疲劳安全系数不足导致开裂;原失效和增加支撑的排气管疲劳安全系数分别为1.06和1.6,仿真预测结果与实际符合一致。

基于有限元仿真的船用单缸柴油机排气管开裂分析及改进

针对某船用单缸柴油机排气管在试验过程中出现开裂的问题,采用有限元方法,考虑材料的非线性因素,对排气管部件进行约束模态计算及热机耦合和振动疲劳计算,分析引起排气管开裂的主要原因。结果表明:排气管开裂位置受温度梯度影响,处于应力集中的薄弱区域,当振动幅度较大时,安全系数过小,易发生疲劳破坏。通过在管接部件上增加支撑提高刚度,减小排气管振动,避免了排气管疲劳开裂。后续试验验证了改进措施有效。

船用柴油机缸盖疲劳破坏有限元分析及改进

针对某船用大功率柴油机缸盖在液压平台试验中的疲劳破坏问题,建立了被试组件离散模型,并进行了结构疲劳强度有限元分析。分析表明:缸盖内部区域结构强度相对薄弱,进排气道圆角处出现应力集中,在承受交变载荷时应力幅过大,容易出现裂纹。结合仿真分析结果,提出了缸盖结构优化方案,并进行了疲劳试验。试验结果表明:改进方案有效提高了该型缸盖的疲劳强度。