第5期（总第232期） 2017年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5(Serial No 232)
Oct2017
基于发动机台架考核方法的气缸盖高周疲劳特性研究
李鹏，付文清”，景国玺”，文洋”，许春光
(1.中国北方发动机研究所（天津），天泽300400：2.中国兵器科学研究院，北京100089）
摘要：依据发动机台架考核规范，运用疲劳强度理论，对某铸铁气缸盖进行高周疲劳强度评估。明确温度和应力随考核工况改变的变化行为，研究气缸盖各区域受工作载荷的影响状况，为缸盖寿命评估模型提供载荷边界。结合疲劳理论，在考虑材料修正的基础上进行了疲劳特性分析和损伤状况分析。分析表明，气缸盖各区域的疲劳安全系数均大于1,视为安全，但冷却钻孔区域的安全裕度较小。
关键词：气缸盖：高周疲劳特性：累积损伤 DOI:10 3969/jissn 1001-2222 2017 05 010
中图分类号：TK4232
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)05-0051-06
气缸盖作为燃烧室的重要组成部分，在发动机工作过程中，承受气体力和缸盖螺栓预紧所产生的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷，是发动机中典型的承受高温、高压、高载的结构件。大量文献研究表明1-2」，热载荷与机械载
荷共同作用，容易引起气缸盖高周疲劳，失效部位大多产生于气道壁、水腔隔板等薄壁区域。因此，结构疲劳分析是气缸盖研发过程中必须开展和重视的工作。本研究结合高周疲劳理论[3-4」，通过有限元分析方法，以某发动机铸铁缸盖为研究对象，以发动机典型台架耐久规范为依据,开展高周疲劳特性研究，重点关注缸盖的疲劳特性变化以及考核周期内的损伤
累积状况。 1
研究思路
气缸盖受力状况复杂，受力示意见图1。工程上通常采用台架耐久性试验[5-7对发动机高周疲劳特性进行考核。图2示出了发动机典型台架耐久规范的示意。一个考核循环由若干考核工况组成，考核工况的选取以发动机实际工作中的重要工况为依据，其中包括标定工况（持续时间）、意速工况（持续时间t），以及其他需要关注的过渡工况。该试验方法能够较为全面地考核发动机在实际工作工况下的高周疲劳性能，伯需要群费大量的人力、物力利财力。
收稿日期：2017-04-15；修回日期：2017-10-12
温度载荷
个个个个个
气体力载荷
图1气缸盖受力示意
标定转速工况(）
螺检预紧载荷
工85%标定转速工况(）80%标定
转速工况(）
息速工况（）
最大扭矩点工况()
时间
图2发动机台架疲劳耐久试验考核工况示意
本研究利用仿真分析手段，按照发动机台架耐久考核规范中规定的考核工况和考核周期，对气缸盖进行高周疲劳寿命评估。具体研究思路见图3。首先，通过实测温度和应力数据对仿真边界进行修正，米用此标定模型计算不同转速下缸盖的应力应变行为，以此作为高周疲劳分析的载荷谱,并结合材料疲劳参数和影响因素，研究缸盖的高周疲劳特性。仿真分析模型包括缸盖、进排气门、气门导管、缸盖螺栓、气缸垫和气缸体等部件，其中对缸盖火力面等
作者简介：李（1986一），男，助理研究员，硕士，主要研究方向为气缸盖结构设计及评估；li_peng_li1986@163com，