使用ANSYS多物理场仿真避免汽缸盖出现热裂纹

2016-10-28 by:CAE仿真在线来源:互联网

发动机的铝缸盖经常会发生问题。裂纹出现在靠近喷油器的汽缸盖上,水从冷却套管泄漏到汽缸盖和喷油器之间的空间里。在极端条件下水会和燃料混合,造成发动机停运。

在ANSYS Mechanical 有限元分析(FEA)软件中创建结构模型。使用自动接触检测功能可以发现和配置模型中的接触,随后会对模型施加机械载荷。首先初始化与汽缸盖紧密接合的组件的接触以及用于将汽缸盖固定在缸体和其它组件上的螺栓预应力;然后使用ANSYS Workbench 耦合功能施加温度场(由CFD 仿真确定),供ANSYS Mechanical 计算与这些温度有关的热应力;接着工程师选择模型的内表面,并施加CFD 仿真产生的温度场以作为温度载荷;最后一步是施加发动机工作周期中产生的压力。

ANSYS Mechanical 可计算出对汽缸盖施加完整载荷所产生的平均应力和应力幅度。计算得出的应力高于铝材的屈服强度。至此工程师已经明确找到裂纹发生的根本原因。

工程师随后着手解决仿真发现的问题。他们决定把汽缸盖材料改为某种规格的铸铁。这种铸铁的屈服强度远远高于铝材。工程师还改进了冷却系统,从而解决在之前仿真中发现的低速流动区域问题。他们重新运行CFD 仿真,为修改后的汽缸盖生成温度场,然后将这些温度场导入到ANSYS Mechanical 中。