2006年5月

第5期(总第177期)

润滑与密封

LUBRICATIONENGINEERING

May2006

No 5(serialNo 177)

基于接触分析的气缸盖/气缸套密封性能研究

石秀勇 李国祥 胡玉平

(山东大学能源与动力工程学院 山东济南250061)

摘要:针对某160型柴油机的单体缸盖-气缸垫-气缸套密封系统,建立了装配体的有限元模型。采用接触分析法,研究了发动机功率提升前后,在预紧加爆压工况下原紧固螺栓对气缸垫密封性能的影响,并对气缸垫密封面的变形状态进行了弹塑性分析,对结构的密封性能进行了评价。结果表明,发动机功率提升后气缸垫发生了塑性屈服,但轴向应力仍均为负值(即压应力),轴向变形量亦均为负值(即压变形),说明提升功率后发动机工作过程中气缸垫仍然密封良好。较以往将气缸密封垫假设为弹性体相比,采用摩擦接触边界条件进行塑性有限元分析,更能体现缸盖与气缸垫接触面的真实应力与变形状态,因此接触分析法是研究缸盖/缸套密封结构的一种较佳途径。

关键词:柴油机;密封性能;接触法;弹塑性分析

中图分类号:TK422 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2006)5-111-4

StudySealingPerformancebetweenCylinderHeadandCylinderLiner

BasedonContactAnalysis

ShiXiuyong LiGuoxiang HuYuping

(SchoolofEnergyandPowerEngineering,ShandongUniversity,JinanShandong250061,China)

Abstract:Amiingatthegasketsealingsystembetweensinglecylinderheadandcylinderlineroftype160dieselen-

gines,anelasticandplasticfiniteelementmodeloftheassemblypartswasbuilt.Ontheconditionsofpeakfirepressurecombinedwithpretensionforce,theeffectofinitialjointboltsonsealingperformanceofcylindergasketswasstudiedwithcontactanalysismethodbeforeandaftertheupdatingofengine spower.Theplasticdistortionstageofgasketwasana-lyzed,andthesealingperformanceofthisstructurewasappraised.Resultsshowthatthereisplasticyielddeformationinthecylindergasketafterengine spowerwasraised,butaxialstressandaxialdeformationisstillnegativevalue,whichin-dicatesthatthesealingperformanceofcylindergasketisingoodconditionafterengine paredwiththeanalysismethodsupposedthegasketaselasticsolidbefore,theplasticfiniteelementsanalysismethodwithfrictioncontactboundaryconditioncanrepresenttherealstressandstrainstatusbetweencontactsurfacesofcylinderheadandgasket.Ac-cordinglythecontactanalysismethodisabetterwaytoresearchonthesealingstructurebetweencylinderheadandcylin-derliner.

ne;sealingperformance;contactmethod;elasticandplasticanalysisKeywords:dieselengi

气缸盖用来密封气缸的上面部分,它与活塞顶及

结合某160型柴油机提升功率的数值计算,针对单体缸盖式柴油机,本文作者采用大型工程CAE软件ANSYS建立有限元弹塑性模型,施加接触边界条件模拟气缸垫的接触情况,研究了对确定的气缸盖,在各紧固螺栓预紧力不改变的情况下,发动机的气体爆发压力由11 0MPa提高到13 0MPa后气缸垫的密封性能。

1 有限元弹塑性接触分析方法

在早期的一些有限元研究中,缸盖法兰与气缸垫

收稿日期:2005-06-29

作者简介:石秀勇(1979 ),男,在读博士研究生,主要研究方向为内燃机强度计算与工作过程模拟.E-mai:lshxy055@163 com

气缸套内壁共同组成燃烧空间。由于气缸盖/气缸套之间的密封性能直接影响柴油机的排放性、可靠性以及耐久性等性能,在柴油机设计中应加以重视。特别是对于采用单体缸盖的大功率柴油机,与整体式气缸盖相比,由于气缸盖与气缸垫片接触面积较小,气缸垫在接触面处易于达到塑性变形,因此有必要对单体缸盖/气缸垫片式密封结构进行弹塑性分析。

片之间的连接采用梁单元模拟,并施加刚性位移约束

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。但它们忽略了缸盖与气缸垫片刚度的不均匀

性对分析的影响,使得垫片变形计算结果的准确性降低,造成密封性预测与实际情况有差别。随着接触问