24、柴油发动机气缸盖热应力计算与小型无人机机翼变形优化

柴油发动机气缸盖热应力计算与小型无人机机翼变形优化

1. 柴油发动机气缸盖热应力计算

在计算柴油发动机气缸盖热应力时，有限元法（FEM）是一种常用的方法。构建 FEM 时，基于三维二十节点等参有限元是较为成功的选择。此时，需要使用较密的设计网格，并在连接部分（如阀间跳线或喷嘴孔与阀孔之间的跳线）采用缩减单元。有限元边长的选择要兼顾计算精度和计算时间成本。

在为 FEM 选择运动边界条件时，需考虑与缸体相关的表面移动可能性。若排除气缸盖表面的横向移动，会使进气阀跳线处的应力增加 3 - 4 倍。若气缸盖与气缸体之间没有垫片，可认为只有摩擦力限制了气缸盖的自由横向膨胀。

为呈现环境与气缸盖本体表面的热交互条件，需指定以下边界条件：
- 匹配气门倒角和气缸盖着陆表面的温度场 ：计算时必须协调气门倒角和气缸盖着陆表面的温度场，因为在整个运行周期中热流方向会发生改变。柴油机运行时，气门关闭，热量通过倒角和气门座从排气门传递到气缸盖，或从气缸盖传递到进气门。进气循环中，进气门被新鲜充量冲刷；排气门开启时，被废气冲刷。热交换参数可由第三类边界条件确定，即气门槽中的气体温度和传热系数。
- 两物体接触的传热系数 $\alpha_k$（$W/(m^2 K)$）可由以下公式确定：
$\alpha_k = 2.12 × 10^4\lambda_m\left(\frac{p}{E_mB_p}\right)^{0.8} + \frac{\lambda_c}{(h_{m1} + h_{m2})(1 - m)d}$
其中，$\lambda_m = \frac{2\lambda_1\lambda_2}{\lambda_1 + \lam