第5期（总第232期） 2017年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5 (Serial No 232 )
Oct2017
载荷形式对V型柴油机机体疲劳寿命的影响
兰银在，王根全，李鹏，文洋，新永标，张冬梅，赵振威
（中国北方发动机研究所（天津），天津300400）
摘要：以某V型柴油机机体为研究对象，对两种载荷形式下机体疲劳试验方法进行了研究，对比计算了两种
试验载荷加载方式下机体横隔板的疲劳寿命分布。研结果表明，横隔板处的疲劳寿命分布基本相同，两种载荷形式对机体横隔板疲劳寿命的影响没有显著的差异。结合仿真结果，在实机试验中采取集中加载方式进行了验证，为后续确定机体疲劳试验的加载方式和载荷大小提供了依据
关键词：柴油机；机体；载荷：疲劳寿命；疲劳试验 DOI:10 3969/jissn 1001-2222 2017 05 008
中图分类号：TK4131
1文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)05-0039-05
随着柴油机轻量化设计要求的提高和缸内燃烧压力的不断增大，柴油机主要受力零部件的疲劳可靠性问题受到越来越多的关注。在整机的开发流程中，零部件试验验证是必不可少的关键环节，一方面为发动机整机可靠运行提供支撑，另一方面检验零部件本身的结构强度能否满足设计要求[1-5]。机体台架模拟试验是检验其抗疲劳性能的一种有效手段。目前，机体疲劳试验的加载方式主要有两种：第1种是施加分布载荷，即活塞位于上、下止点之间，其优点是加载方式更接近于实机工作状态，缺点是气缸密封困难；第2种是在触动活塞上直接施加集中载荷，与第1种分布载荷相比，它对机体实际承受的载荷更简化，可能影响机体疲劳寿命的分布。孙耀国等研究了直列机型的载荷形式对机体局部疲劳寿命的影响。对于V型柴油机，整机断裂失效主要发生在横隔板处，因此，机体横隔板是疲劳寿命的重要考察部位，
本研究通过数值仿真方法在两种工况、两种载荷形式下得到了V型柴油机机体的应力分布，据此评估了机体横隔板疲劳寿命的大小。通过电测试验进行了应力验证，同时与机体部件试验相结合对横
隔板疲劳寿命进行了分析、验证。 1分析模型的建立
研究对象为V型12缸柴油机，每缸的结构形式基本相同，如果采用整体结构，会因规模庞大、结
收稿日期：2016-12-19；修回日期：2017-10-17
基金项目：国防科技“十三五"重点预研项目（30105080301）
构复杂造成有限元计算困难，计算量将非常大，耗时较长，计算成本增加。考虑到两侧气缸是对称设计，且横隔板失效只是在机体局部范围，同时柴油机工作时基本是一个自平衡系统，为减少计算量，将机体横隔板和主轴承盖从整机中选出进行建模计算。取两侧缸且取一个整缸带两个半缸作为研究对象，重点关注横隔板部位的疲劳寿命，此部分划分相对较细的网格。综合计算性能和收数性结果检查，选用的全局网格尺寸为15mm，横隔板网格尺寸为 5mm。整个网格模型共划分1557263单元， 2666259个节点。有限元模型见图1。
图1机体有限元分析模型
2边界条件
位移边界条件主要包括机体、气缸盖、曲轴、主轴承盖的刚体位移约束，机体、气缸盖、气缸套、气缸垫、曲轴的对称面位移约束。对于由机体、气缸盖、气缸垫等组成的组合结构及由机体、曲轴、主轴承盖等组成的组合结构，在气缸盖螺栓和主轴承螺栓预
作者简介：兰银在（1980一），男，副研究员，主要研究方向为发动机结构设计与可靠性评估；ly2033@126com。