第6期（总第227期） 2016年12月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 6 (Serial No 227)
Dec 2016
基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究
李鹏，景国玺，许春光”，文洋，庞建超”，高英英
(1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400：2.中国科学院金属所，辽宁沈阳110016）
摘要；过测试气缸盖本体解剖试样，获得气缸盖材料的循环应力应变特性，并利用仿真方法验证其合理性。在此基础上，依据发动机低周疲劳台架考核方法，运用子模型分析技术，得到考核循环内气缸盖火力面的应力分布和塑性变形特性。基于塑性应变能理论，结合试验测试，对火力面低周热机疲劳寿命进行预测和评估，分析表明排气算梁区的寿命较低，约为1100次。
关键词：气缸盖；低周热机疲劳；寿命预测；塑性应变；能量法 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2016 06 014
中图分类号：TK4132
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2016)06-0072-06
发动机工况复杂且多变，当工况发生变化时，缸
内温度大幅波动，使气缸盖产生低频宽幅热应力，往往会使火力面鼻梁区产生塑性变形，容易引起低周疲劳失效1-汀，功率大、热负荷高的发动机更是如此，在疲劳考核中必须予以重视。本研究利用仿真分析手段，结合材料温度非线性和弹塑性，得到循环周期内气缸盖的应力和塑性变形，以绘制循环应力应变曲线，并依据塑性应变能理论，考核火力面的低周热机疲劳寿命。
1气缸盖材料塑性特性表征研究
结合塑性应变能理论可知，循环塑性变形及其
材料测试
不同应变速率下试样循环应力应变曲线
弹性模量E、循环最大应力
弹性应变e，塑性应力
6,=(号)
·和n 材料塑性特性
收稿日期：2016-01-26；修回日期：2016-11-29
数据处理
累积是导致低周疲劳损伤的基本原因。因此，在分析过程中，材料塑性特性的获取与处理直接影响评价结果的准确性。因此，本研究通过对试验测试数据的分析处理，得到评估过程中的有效数据，具体研究思路见图1。
由燃烧带来的高温气体冲击导致气缸盖火力面温度很高，且温度梯度较大，气缸盖会产生很大的热应力。同时，在高温影响下材料性能急剧下降，热应力往往会导致火力面发生屈服现象。通过热机疲劳试验，可获得材料的循环应力应变关系。
>不同应变建率下试样暂环应力应变曲线
塑性弹性的表征与验证气缸盖弹塑性仿真模型
塑性应变
塑变方向的应力
考察点循环应力应变曲线
塑性应变能理论
气缸盖火力面低周热机疲劳寿命
图1研究思路
编程计算塑性应变能密度
Wp=C · N'
试样实测寿命
作者简介：李鹏（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