Методика расчета теплового и напряженно-деформированного состояния головки цилиндра транспортного дизеля жидкостного охлаждения

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) в головке цилиндров и поршне возникают напряжения от действия переменной газовой силы и от переменной температуры вследствие сгорания топлива в камере сгорания, при этом температурные напряжения намного превышают напряжения от силовой нагрузки. Поэтому на стадии проектирования новой конструкции ДВС проводят расчет на долговечность теплонапряженных деталей, так как они лимитируют надежность поршневого двигателя. В работе рассмотрена методика выбора исходных данных при расчете теплового и напряженно-деформированного состояния головки цилиндра дизеля с использованием метода конечных элементов и с помощью программного комплекса Solid Works. Описаны этапы создания и подготовки твердотельной модели головки цилиндра для создания конечно-элементной модели на примере дизеля 8ЧН12/13 (КамАЗ 740.75-440). Рассмотрены основные нагрузки, действующие на головку цилиндров в период сборки: усилия от запрессовки седел и втулок клапанов, а также от затяжки болтов крепления головки к блок-картеру. Форма элементов для конечно-элементной модели головки цилиндров выбиралась из условия уменьшения расчетного времени. Этому условию подходили форма конечного элемента в форме тетраэдра с четырьмя узловыми точками. Эти элементы позволяли уменьшить расчетную сетку в сечениях, например, концентрации напряжений. Показано, что высокочастотные колебания температуры, которые возникают вследствие протекания рабочего процесса поршневого двигателя, не оказывают влияния на термопрочность головки цилиндра, а влияние оказывают высокочастотные колебания температуры вследствие изменения режимов работы двигателя. Приведены изменения основных характеристик алюминиевого сплава, из которого изготовлена головка цилиндров, при изменении температуры и при циклических термомеханических нагружениях низкой частоты. Показано, что при повышении температуры снижается предел выносливости материала при нагружениях низкой частоты.

головка цилиндров, тепловое состояние, напряженно-деформированное состояние, дизель, конечный элемент, алюминиевый сплав