第2期（总第229期） 2017年4月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 2(Serial No 229 )
Apr2017
活塞组件耦合作用下的气缸套变形特征分析
董洪全，冯慧华
（1.太原科技大学机械工程学院，山西太原030024；2.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081）
摘要：为评估某V型高强化柴油机气缸套的变形特征，考感活塞组件的耦合作用，建立气缸套变形分析的有限元分析模型。采用有限元非线性求解方法对气缸套热-机耦合工况下结构变形进行求解，获得气缸套工作状态下的结构变形量，并充分说明在气缸套结构变形分析中考感活塞组件耦合效应的重要性。分析了缸套结构纵向及不同高度截面变形特点，结果表明，缸盖螺检预紧载荷和活塞侧向作用力对缸套缸口和活塞上止点处的截面变形影响较大，气缸套中下部戴面变形相对较小，主要以摘圆变形为主。
关键词：耦合作用；活塞；气缸套；变形 DOI:10 3969/jissn 1001-2222 2017 02 006
中图分类号：TK422
文章编号：1001-2222(2017)02-0035-06
文献标志码：B
随着柴油机强化技术的广泛应用，柴油机结构强度及工作寿命将面临更加严格的要求，因此零部件的设计必须保证足够的刚度和强度，从而保证整机具有较高的可靠性。气缸套作为柴油机燃烧室重要组成部件之一，其结构变形将直接影响缸套与活基之间的配合关系，进而改变燃烧室的密封状态及活塞与缸套间的润滑性能，导致发动机的动力性和排放特性受到影响。气缸套的工作环境极其苛刻，受力状况也较为复杂，有关缸套的研究也较多，但主要是针对气缸套-活塞摩擦副的润滑特性和磨损机理的研究1-2]以及缸套动态特性与穴蚀倾向分析"]，涉及缸套结构变形的研究主要是针对执机耦合作用下的气缸套结构变形分析L4-5」，对于活塞组件耦合作用影响下的气缸套结构变形分析研究相对较少。在气缸套结构变形特征分析中，考虑活寒组件耦合作用的影响，可有效提高气缸套结构变形分析的准确性，合理分析预测缸套在活塞侧向作用力下的结构变形，评估缸套与活塞摩擦副的工作可靠性，因此有必要对气缸套在活塞组件耦合作用下的结构变形进行深人研究，提高发动机整体设计水平。
本研究以某V8高功率柴油机为待研机型，考虑活塞组件间的结构耦合效应及燃烧室结构件间的非线性因素的影响，对气缸套结构变形进行分析，获得气缸套截面变形规律，为柴油机的气缸套设计提供理论参考。
收稿日期：2016-10-18；修回日期：2017-01-12
1气缸水套流-固耦合传热系统数值计算
柴油机气缸套在工作过程中同时承受机械负荷和热负荷的作用，气缸套外侧与冷却液接触并进行热交换，因此，冷却水腔中冷却液的流动状况直接影响制套的冷却效果。为获得教为准确的传热边界条件，采用流-固耦合的方法对发动机冷却水腔内冷却液的温度场进行计算，以此确定气缸套外壁面耦合区的传热边界条件。根据能量守但原理，在柴油机缸套及缸盖处传热界面处，传热固体结构件传出的能量与冷却液吸收的能量相等，因此，冷却水套的热传导Fourier方程与冷却液的对流传热控制方程应满足如下守恒关系：
= h . ）。1) Keand an
式中：K.omd为固体的导热系数;qmm为热流量；Tw为固体壁面温度：T：为传热流体温度：hcm为耦合界面对流传热系数。
发动机冷却液密度为9856kg/m。冷却水套的入口温度为358K，流量为41kg/s，冷却水套采用压力出口作为计算边界条件，梯度量为0。应用-ε流模型，耦合界面区域采用壁面函数法进行处理，借助AVL-Fire计算平台选用改进的Simple算法进行求解，获得冷却水腔传热系数（见图1），
基金项目：博士科研启动项目（校20172001）；高等学校学科创新引智计划资助(B12022）
作者简介：董洪全（1979一），男，博士，主要研究方向为动力总成振动与噪声控制；hongquandong①163com