小型强化内燃机波致疲劳模拟与结构优化

基于RoverK16内燃机模型,建立了热机耦合仿真模型,并得到了文献的验证。仿真结果表明,最大应力出现在活塞顶部上表面中心处,并随着顶部厚度增大而降低。对活塞进行了爆震工况下的寿命预测,当活塞顶部厚度由7.6mm提高至12.6mm时,普通爆震工况下疲劳寿命对应的行驶里程由2.42万公里增加到21.13万公里。将顶部结构改为平顶或凸顶时,活塞寿命大幅提升且薄弱区域变为泄油孔处。通过优化活塞销孔参数降低了泄油孔处的应力集中情况,改善了疲劳寿命。最后,对凸顶无泄油孔灰铸铁活塞在超级爆震工况下的疲劳寿命进行了仿真,得到内燃机可连续运行22.68万公里,达到了规定的22万公里里程。

小型强化内燃机燃烧室爆震流场及波致疲劳模拟

为了研究小型强化内燃机燃烧室在爆震工况下的可靠性,本文以小型强化内燃机热力学系统简化模型为基础,建立了燃烧室内热力学参数之间的数值关系。基于Rover K16内燃机模型,采用有限元模拟燃烧室爆震现象,对活塞进行热-机耦合仿真,预测活塞进行爆震工况下的寿命。通过改变缸内空燃比,得到了不同工况下的缸压曲线,验证了爆震激励实验。研究结果表明:爆震的发生没有使应力超过活塞的强度极限,但大幅度增加了活塞的应力及变形值,而且改变了活塞的危险点位置。活塞顶面外缘压力最大,达到210 MPa,远超过燃烧室中心高压区域的初始赋值。最先发生破坏的位置在活塞顶面中心、活塞内腔交界处及第1气环处,计算得到内燃机可连续运行249398 km,达到规定里程22万km。本文方法能够有效模拟爆震冲击波对活塞寿命产生的影响,对小型强化内燃机爆震工况下的寿命预测起到指导作用。