发动机机体强度及缸孔变形研究.docx

柴油机机体强度及缸孔安装变形有限元分析

石勇1李盛1景国玺2王玉兴2

（1.江铃汽车股份有限公司,南昌；2.浙江大学）

DieselblockstrengthandcylinderdistortionanalysisusingFEmethod

Shi-yong1Li-sheng1JingGuo-xi2WangYu-xing2

(JianglingmotorsCo.,Ltd.;ZhejiangUniversity)

Abstract:FEmodelsofcylinderbock,cylinderhead,gasket,mainbearingcupsarebuilt.

Contactrelationshipsbetweenthepartsaresimulated;stressandstrainoftheengineundertwo

kindsofsituationwhicharepretensionandexplosionarecalculatedusingnonlinearFEsoftware.

Maximumstressisdetermined;staticstrengthandfatiguesafetyfactorarecheckedand,the

cylinderdistortionunderassembleloadisanalyzed.Thismethodcanprovideusefulinformation

forengineoilconsumptionassessmentandblockoptimization.

摘要：建立了某柴油机机体，气缸盖，气缸垫，主轴承盖，等有限元模型。运

用非线性有限元软件abaqus，模拟了各个部件间的接触关系，计算了柴油机在螺栓

预紧工况和爆发压力工况下的应力和应变。确定了最大应力部位，对机体进行了静

态及疲劳安全强度校核，并对缸孔的安装变形进行了分析与评价。此方法可以为发

动机机油消耗评估及机体的进行改进设计提供依据。

关键词：柴油机机体变形有限元

Keyword:dieselengine;cylinderblock;distortion;FEA

0概述

得到了机体的应力和应变分布，据此对机体进

行了强度校核。本文还利用快速傅立叶变换

柴油机作为常用的热能动力机械，在运行（FFT）对缸孔的变形进行了分析，得到缸孔不

过程中其机体、缸盖等部件承受相当高的机械同阶次下的变形。

［1］。

负荷，必须满足可靠性耐久性方面的要求

机体作为发动机的骨架，其它所有的零件都是

1有限元模型建立

直接或间接安装到它上面，因而其强度，刚度1.1结构的离散

对发动机的性能及可靠运行都有决定性的影机体、气缸盖模型很复杂，而且具有一定

响。缸孔的变形大小及形式，对于和活塞的配的对称性。一般只在模态计算和振动噪声分析

合及机油消耗都有重要的影响。因此，对机体时才建立完整模型。做强度分析时通常采用部

进行强度校核及变形分析，对发动机性能的改分模型，利用其相对对称性，从整个模型上切

进提升有重要意义。机体是铸造的箱体零件，出局部进行有限元建模及分析。根据分析目的

其结构相当的复杂，有各种加强筋，凸台，水和要求，用于强度分析的机体模型分为5种［3］，

套，油道等分布其中。不仅如此，其受力也是即单缸模型、两个半缸模型、一个单缸和两个

很复杂的，因而传统的方法对机体的分析很难相邻半缸模型、相邻两缸模型（包括第1缸或

得到较为精确的结果，缺乏指导意义。有限元者最后1缸）、整机。

法作为一种通用的数值分析方法，是目前研究本次分析采用一个单缸和两个相邻半缸模

结构受力问题最为可靠和有效的方法

［2］。

型，相应地，缸盖也取一个单缸和两个半缸。

本文运用大型非线性有限元软件abaqus，其它部件取相应的部分。由于机体是本次分析

对493柴油机机体及相关零件的组合体进行了的主要对像，又因为其结构复杂，所以用较细

有限元分析，考虑了其它零件对机体的影响，的十节点四面体划分，并对重点区域进行适当

加密。主轴承盖也是主要部分，用较细一阶六1缸盖螺栓下表面与气缸盖上表面接触

面体划分。缸盖，气缸垫及螺栓用相对较粗的2缸盖与气缸垫接触表面接触

网格划分，最后装配到一起。需要说明的是，

3气缸垫与机体接触表面接触

如果要模拟螺纹连接细节需要将单元划得非常

4缸盖螺栓与机体连接的螺纹面绑定细，造成很大的单元数量，而且与整个模型的

5机体与主轴承盖接触面接