使用ANSYS多物理場仿真避免汽缸蓋出現熱裂紋

2016-10-28 by:CAE仿真在線來源:互聯網

發動機的鋁缸蓋經常會發生問題。裂紋出現在靠近噴油器的汽缸蓋上,水從冷卻套管泄漏到汽缸蓋和噴油器之間的空間里。在極端條件下水會和燃料混合,造成發動機停運。

在ANSYS Mechanical 有限元分析(FEA)軟件中創建結構模型。使用自動接觸檢測功能可以發現和配置模型中的接觸,隨后會對模型施加機械載荷。首先初始化與汽缸蓋緊密接合的組件的接觸以及用于將汽缸蓋固定在缸體和其它組件上的螺栓預應力;然后使用ANSYS Workbench 耦合功能施加溫度場(由CFD 仿真確定),供ANSYS Mechanical 計算與這些溫度有關的熱應力;接著工程師選擇模型的內表面,并施加CFD 仿真產生的溫度場以作為溫度載荷;最后一步是施加發動機工作周期中產生的壓力。

ANSYS Mechanical 可計算出對汽缸蓋施加完整載荷所產生的平均應力和應力幅度。計算得出的應力高于鋁材的屈服強度。至此工程師已經明確找到裂紋發生的根本原因。

工程師隨后著手解決仿真發現的問題。他們決定把汽缸蓋材料改為某種規格的鑄鐵。這種鑄鐵的屈服強度遠遠高于鋁材。工程師還改進了冷卻系統,從而解決在之前仿真中發現的低速流動區域問題。他們重新運行CFD 仿真,為修改后的汽缸蓋生成溫度場,然后將這些溫度場導入到ANSYS Mechanical 中。