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发动机气缸盖热机疲劳评估技术与平台应用

曾小春,邹萍萍，林宇星，魏涛，袁晓军，骆旭薇，廖善彬

(江铃汽车股份有限公司动力总成开发部，江西省南昌市330001)

[摘要]通过AVLFIRE软件对某发动机的铸铝气缸盖建立了缸内燃烧模型、水套分析模型，

为缸盖温度场分析提供热分析边界。通过Abaqus软件基于实测的不同温度下应力应变曲线、

寿命应变曲线、蠕变、氧化数据等材料性能参数，进行了缸体缸盖一体化有限元分析。温度

场计算得到了缸体缸盖温度分布情况，缸盖最高温度为200℃，小于材料允许的最高温度

260℃。使用AVL沸腾插件对水套进行了沸腾分析，分析结果显示，缸盖排气侧“鼻梁区”

和缸体2、3缸间存在局部沸腾，缸盖温度距“开锅点”温度为-21.1℃。通过FEMFAT软件

建立了缸盖高周疲劳和热机疲劳分析模型，分析得到了缸盖高周疲劳安全系数和热机疲劳寿

命，为汽油机、柴油机的缸盖结构设计提供了重要的指导和方案。本项目建立了完整的缸盖

热机耦合仿真分析流程和方法，该热机疲劳评估技术具有通用性，该方法不仅适用于缸盖

TMF评估，也可借鉴到排气歧管、活塞等TMF评估。本文的研究成果已成功运用在江铃汽车

的柴油机平台和汽油机平台上，效果显著。

关键词:气缸盖；缸内燃烧；CFD分析；热机疲劳；材料性能测试；数据处理技术

主要软件：AVLFIRE,ABAQUS,FEMFAT,HYPERMESH，GT-POWER

EngineCylinderHeadThermalMechanicalFatigueEvaluation

TechnologyandPlatformApplication

ZengXiaochun,ZouPingping,LinYuxing,Weitao,YuanXiaojun，LuoXuwei,LiaoShanbin,

JianglingMotorsCorporation,Limited,PowertrainEngineeringDepartment,Nanchang,330001

[Abstract]Anin-cylindercombustionanalysisandCFDanalysisofcoolantwaterwereperformed

throughAVLFIREsoftware,whichprovidedtheheattransferboundaryconditions(HTBC’s)tothe

temperaturefieldcalculationofthecylinderhead.Basedonthemeasuredmaterialperformance

parameterssuchasstress-straincurveunderdifferenttemperatureandE-Ncurve,creepand

oxidationdatamaterialperformanceparameters,thecylinderhead-gasket-cylinderblockFEanalysis

wasperformed.Accordingtothetemperaturefieldcalculationresults,themaximumtemperatureof

cylinderheadamountsto200℃thatwithinthelimitofacceptanceforALUmaterial.Temperature

atwatersideismorethan21.1℃belowthecriticaltemperatureBumontpoint.Thehighcycle

fatigueandthermalmechanicalfatigue(TMF)analysisofcylinderheadwereperformedby

FEMFATsoftware,andtheHCFsafetycoefficientandTMFlifecycleofcylinderheadwere

calculated,whichprovidedanimportantguidanceandschemeforcylinderheadstructuredesignof

gasolineengineanddieselengine.Acompletesimulation