專利名稱：一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度場(chǎng)的模擬方法，特別是關(guān)于一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的 模擬方法。
背景技術(shù)：
氣缸蓋用于密封氣缸的頂部，與活塞頂及氣缸內(nèi)壁共同組成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間。 在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，氣缸蓋在承受大的機(jī)械負(fù)荷(螺栓固緊力、燃?xì)獗l(fā)壓力等)的同 時(shí)，還存在高的熱負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最為惡劣的零部件之一。氣缸蓋的可靠性問題 一直是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵課題，而溫度又是影響氣缸蓋可靠性最重要的因素之一。
一、目前，在對(duì)氣缸蓋的開發(fā)過程中，對(duì)其溫度場(chǎng)的預(yù)測(cè)是很少的，一般都采用反 復(fù)試驗(yàn)的方法，成本高，周期長(zhǎng)，造成一些沒有必要的浪費(fèi)。也有采用有限元法計(jì)算的，但是 這種用有限元計(jì)算的方法，對(duì)界面間的對(duì)流換熱系數(shù)等因素考慮的不夠系統(tǒng)，不夠全面。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng) 的模擬方法，該方法充分考慮了界面間的對(duì)流換熱系數(shù)，并通過大量試驗(yàn)的驗(yàn)證，結(jié)果可信 度高，同時(shí)，減少了氣缸蓋的試制次數(shù)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，其中所述方法包括以下步驟
(I)建立氣缸蓋的幾何模型SI ；
(2)根據(jù)氣缸蓋材料的物性參數(shù)，定義材料屬性S2 ；
(3)根據(jù)定義的材料屬性進(jìn)行網(wǎng)格劃分S2 ；
(4)邊界條件的定義，包括位移邊界條件的定義S3和熱邊界條件的定義S4 ；
(5)熱源加載S5及用牛頓迭代法求解溫度場(chǎng)S6 ；
(6)溫度場(chǎng)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)S7。
優(yōu)選的，所述步驟(2)中，氣缸蓋材料性能參數(shù)至少包括彈性模量、泊松比、比熱 容、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。
優(yōu)選的，所述步驟(3)中，氣缸蓋采用四面體傳熱單元。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中，熱邊界條件定義過程中的對(duì)流換熱系數(shù)的確定步驟為 首先設(shè)定各部分換熱系數(shù)初值S8，然后建立氣缸蓋對(duì)流換熱系數(shù)的回歸模型S9，確定目標(biāo) 函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束，進(jìn)而選取優(yōu)化算法并進(jìn)行迭代求解S10，最后根據(jù)迭代結(jié)果確定最 佳的對(duì)流換熱系數(shù)SI I。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過計(jì)算機(jī)模擬的方法，具有成本低，周期短的優(yōu)點(diǎn)，減少了試 驗(yàn)氣缸的制造量，從而可以有效的節(jié)約資源。


圖1為氣缸蓋溫度場(chǎng)模擬方法流程圖2為氣缸蓋三維幾何模型圖3為氣缸蓋劃分網(wǎng)格后的模型圖4為對(duì)流換熱系數(shù)回歸流程圖5為氣缸蓋溫度場(chǎng)結(jié)果云圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)更一步的詳細(xì)描述和說明。
如圖1所示，本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)低速柴油機(jī)氣缸蓋進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬，其具體步驟如下
步驟一對(duì)需要模擬的氣缸蓋進(jìn)行分析S0，建立氣缸蓋的三維幾何模型S1、定義材料屬性及對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分S2。
本實(shí)施例中，根據(jù)氣缸蓋圖紙，建立氣缸蓋的三維幾何模型，如圖2所示。根據(jù)氣缸蓋所使用的材料，定義其材料屬性，氣缸蓋材料為鎳鉻合金鋼，其熱物性參數(shù)如表I所示。在三維幾何模型的基礎(chǔ)上，利用有限元軟件對(duì)氣缸蓋進(jìn)行網(wǎng)格劃分，使用四面體傳熱單元，如圖3所示。在容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，離散單元要更加細(xì)致，一定要保證關(guān)鍵部位有足夠的網(wǎng)格精度，本實(shí)施例中網(wǎng)格總數(shù)大約在37. 4萬，節(jié)點(diǎn)數(shù)在8.1萬左右。
表I氣缸蓋材料熱物性參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)建立氣缸蓋的幾何模型(Si)； (2)根據(jù)氣缸蓋材料的物性參數(shù)，定義材料屬性(S2)； (3)根據(jù)定義的材料屬性進(jìn)行網(wǎng)格劃分(S2)； (4)邊界條件的定義，包括位移邊界條件的定義(S3)和熱邊界條件的定義(S4)； (5)熱源加載(S5)及用牛頓迭代法求解溫度場(chǎng)(S6)； (6)溫度場(chǎng)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)(S7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，其特征在于，所述步驟(2)中，氣缸蓋材料性能參數(shù)至少包括彈性模量、泊松比、比熱容、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，其特征在于，所述步驟(3)中，氣缸蓋采用四面體傳熱單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，其特征在于，所述步驟(4)中，熱邊界條件定義過程中的對(duì)流換熱系數(shù)的確定步驟為首先設(shè)定各部分換熱系數(shù)初值(S8)，然后建立氣缸蓋對(duì)流換熱系數(shù)的回歸模型(S9)，確定目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束，進(jìn)而選取優(yōu)化算法并進(jìn)行迭代求解(SlO)，最后根據(jù)迭代結(jié)果確定最佳的對(duì)流換熱系數(shù)(Sll)。
全文摘要
本發(fā)明涉及溫度場(chǎng)的模擬方法技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種低速柴油機(jī)氣缸蓋溫度場(chǎng)的模擬方法，所述方法包括以下步驟建立氣缸蓋的幾何模型；根據(jù)氣缸蓋材料的物性參數(shù)，定義材料屬性；根據(jù)定義的材料屬性進(jìn)行網(wǎng)格劃分；邊界條件的定義，包括位移邊界條件的定義和熱邊界條件的定義；熱源加載及用牛頓迭代法求解溫度場(chǎng)；溫度場(chǎng)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過計(jì)算機(jī)模擬的方法，具有成本低，周期短的優(yōu)點(diǎn)，減少了試驗(yàn)氣缸的制造量，從而可以有效的節(jié)約資源。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103034744SQ20111029510
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者唐文獻(xiàn), 李大保, 張建, 齊繼陽, 蔡運(yùn)迪, 李欽奉, 王筱蓉, 馬寶 申請(qǐng)人:唐文獻(xiàn)