1。2 所选课题的目的与意义

发动机的缸盖内部结构复杂，承载很高的热负荷和机械负荷。缸盖与活塞、气 缸构成一个完整的燃烧室空间。缸盖由进排气管道，冷却水腔、润滑油孔道、配气机 构和喷油器等零部件组成。缸盖强度性能指标的好坏，直接影响着发动机的动力性、 可靠性和使用寿命。缸盖经常处于十分恶劣的条件下运行，不仅承受着由于其各部分 温度分布不均以及高温燃气的作用而产生的热应力，还要受到气体与冷却水对其的作 用力，同时也受到缸盖螺栓区域的预紧力。因而，缸盖承受很大的热应力、机械应力 和耦合应力。

为解决这一关键性问题，进行缸盖的强度校核，进行热分析，进行机械应力分析， 进行疲劳分析，进行寿命分析就显得尤为重要。正确分析校核缸盖的强度，并在分析 的基础上提出可行的减少缸盖应力的建议，这对发动机研究与改良来说有很深远的意 义。

1。3 国内外研究现状和所存在的问题

1。3。1 国内研究现状及问题

1。3。2 国外研究现状及问题

1。4 主要研究内容

缸盖是柴油机的重要组成部分，缸盖的性能达到工作工况的要求，对保证发动机 工作时的动力性、可靠性和经济性意义重大。本文采用 4L68 柴油机缸盖作为基本模 型，利用有限元分析法对缸盖进行强度校核，主要对缸盖的进排气管道、螺栓孔、燃 烧室外壁面、水孔和喷油孔进行温度场、热应力、热形变、热应变、机械应力、机械 形变、热机耦合应力、热机耦合形变以及机械疲劳进行分析研究。论文网

1。5 研究步骤

本人的研究步骤大致如下：

（1）三维立体模型的建立

根据实际的 CAD 图纸，利用 Pro/Engineer 软件，绘制缸盖的基本三维模型，并 进一步简化模型。此模型省略了部分冷却水腔、润滑油道、筋、螺钉孔、销钉孔及测 试孔等细节，对进行螺旋管道进行简化，尽量真实地模拟缸盖的实际模型和工况。

（2）网格划分

在进行有限元分析时，将建立好的Pro/E模型导入到ANSYS Workbench软件中， 依据缸盖材料属性，选择所需的材料，划分合理的网格。划分网格时，要调整网格的 精度，以防计算量过大。

（3）柴油机工作过程计算 查询柴油机设计手册，了解和掌握各参数之间的公式关系，根据课程设计内容，

计算出热力学、动力学数据，画出相关图像。计算数据可在缸盖校核时作为参考，比 如最高爆发压力等热力参数可为边界条件确定提供数据。

（4）确定边界条件 在进行有限元分析，确定热边界条件和机械载荷边界条件是重中之重。查阅相关

文献，参考经验公式，根据缸盖的数据对它进行边界条件的计算与取值。

（5）热分析、机械分析、热机分析和机械疲劳分析 在网格划分好的模型，依据得到缸盖的边界换热系数和边界温度，利用ANSYS

Workbench软件得出温度场，然后再依据温度场得出热应力与形变。加载机械载荷， 添加约束，得出机械应力与形变以及机械疲劳分析结果。最后，在热应力和机械应力 同时作用的基础上，得出热机耦合应力。

（6）分析得出结论 根据上述计算结果分析，发现缸盖结构不足和危险的地方，对日后柴油机缸盖的

结构优化提出建议，并展望未来对缸盖的研究。

第二章 研究所依据的理论基础

2。1 有限元分析法简介及软件介绍

有限单元法从50年代至今，经过几十的年发展，不断开拓新的应用领域。其范围 已由杆件结构问题扩展到了弹性力学乃至塑性力学问题，由平面问题扩展到空间问 题，由静力学问题扩展到动力学问题、稳定问题,由固体力学问题扩展到流体力学、 热力学、电磁学等问题。如今它已成为广大科技工作者的有力工具并解决了大量的工 程实际问题。本文中，强度分析就是采用有限元素法进行的[10]。