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CAE分析在发动机缸体缸盖设计中的应用
曾庆强李凤琴徐发扬
（长安汽车股份有限公司汽车工程研究院，重庆401120）
摘要：缸体缸盖承受着气体力和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还由于接触高温燃气而承受很高的热负荷，工作环
境恶劣，同时为了保证气缸良好的密封，气缸垫的加载卸载特性不仅要满足要求，而且气缸盖缸体既不能破坏，也不能变形太大，
为此气缸盖缸体应该有足够的强度、刚度，而缸套变形与漏气量和机油消耗量等指标密切相关，因此一个全新设计要考虑具有足
够的强度，刚度，密封性还要考虑缸套变形对漏气量和机油消耗量的影响。我们在设计前期对缸体缸盖进行一体化分析，以评价
缸盖缸盖的强度、刚度，并评价缸垫的密封效果和气缸套变形的影响。
关键词：连杆，静力学，疲劳强度，Abaqus，FEMFAT，AVL-Glide
CAEAnalysisApplyinDesignForBlockandHeadofEngine
ZENGQingqiangLIFengQinXUfayang
(AutomobileEngineeringInstituteofChangAnAutomobileCo.Ltd，Chongqing,401120,China)
Abstract:Blockandheadenduregasforce,boltforceandthethermalforceforcontactwithhightemperaturegas,workenvironmentis
veryhard,inordertoinsuresealingofheadandblock,exceptthegasketbehaviorshouldmeetdemand,theheadandblockdidnotdistortand
destroy,sotheyshouldhaveenoughstrengthandstiffness,weshouldconsiderthatblow-byandoilconsumptionaffectedbylinebore
distortionsevere.Sowecarryoutanalysisofheadandblockcompoundinordertoevaluatethestrengthandstiffnessofheadandblock,to
evaluatethesealingofgasketandforlineboredistortion.
Keywords:ConnectingRod,Static,Fatiguestrength,Abaqus,FEMFAT,AVL-Glide
1前言
缸盖缸体是结构复杂的箱形零件，其上加工有进、排气门座孔，气门导管孔，火花塞安装孔，还铸有水套、
进排气道和燃烧室等，因此结构十分复杂，且要承受不断变化的气体的爆发压力和螺栓预紧力，同时还有承受因
温度不断变化引起的热应力的影响，因此进行CAE分析，校核缸盖缸体是否具有足够的强度和刚度十分重要，
缸盖缸体承载着缸内气体作用力和惯性力，而作用在燃烧室上的气体作用力为：
?gas?p?（1）
g
其中，
?是作用在活塞上的气体爆发压力，A为燃烧室的投影面积。
gas
而计算紧固螺栓预紧力是首先根据最大气体爆发压力选取具体的螺栓类型等级，然后根据螺栓的类型等级
计算出相应的紧固螺栓预紧力的大小。
2缸体缸盖温度场分析
2.1温度场分析模型简述
首先要进行缸体缸盖温度场分析，以用来进行热应力的分析输入。
一般来说，受热零件中任一点的温度T是其位置和时间的函数，即T=T（x，y，z，t），x，y，z是位置坐标，
根据传热学原理，温度函数满足下列微分方程。
?2T
T
?X
2
?
?T
2
?Y
2
?
?T
2
?Z
2
?
C?
?
?T
?t
(
)
（2）
如果T只随位置改变而不随时间改变，即稳定温度场T=T（x，y，z）函数满足下列微分方程：
?2T
T
?X
2
?
?2T
T
?Y
2
?
?T
2
?Z
2
?
0
（3）
计算瞬态热分析需要给定起始条件和边界条件，求解稳定温度场分析只需给定边界条件，起始条件就是起
始时刻缸盖缸体的温度场，边界条件就是物体表面与外围介质间的传热关系，共计三类边界条件:
第一类边界条件是已知物体表面的温度。
第二类边界条件是已知通过物体表面的热流通量。
第三类边界条件是已知物体与外围介质间的换热系