一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法与流程

1.本发明属于发动机缸体台架试验技术领域，具体涉及一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法。


背景技术：

2.发动机缸体作为发动机重要的基础部件，即是安装连杆曲轴等零部件的基座，并且承受气体爆发压力、连杆曲轴系运转、温度等诸多载荷。因此发动机缸体设计既要保证足够大的刚度，也要保证足够高的强度，同时具有良好的疲劳耐久性能，使其在整个发动机的使用寿命周期下保持可靠度。
3.为保证发动机缸体在车辆使用周期的耐久性，对发动机进行缸体台架疲劳试验是发动机开发过程中不可或缺的技术手段。但是由于缸体台架试验要在整个发动机完成试制的条件下进行，处于研发设计的后期。试验周期长，人力物力耗费大，多轮次的验证和优化费时费力。并且缸体疲劳试验一般为通过性试验，很难反应缸体结构的受力情况。
4.为此需要寻找一种能够精确预测发动机缸体在台架试验条件下的强度性能的方法。以便在设计初期预测缸体在疲劳试验工况条件下的应力分布，从而前置验证阶段，减少试验轮次，缩短时间周期，以满足产品开发需要。
5.目前，可以通过两种技术手段评估缸体的疲劳强度性能。
6.一种就是在产品开发验证周期的发动机缸体台架试验。缸体台架试验目前是校核发动机缸体强度耐久性能的最主要手段，其主要校核缸体裙部的强度耐久性能。发动机缸体台架试验一般是通过缸体台架试验机将液体油压加载至缸体气缸内或夹具内，并通过活塞、连杆、曲轴等部件传递至主轴承座。通过对油压的调整，形成载荷幅值和载荷频率，从而验证缸体的强度耐久性能。缸体台架试验存在的问题是：
7.①
位于产品开发后期，不能有效的指导产品正向开发设计。试验手段严重依赖于缸体和夹具的开发状态，验证不合格，常常会导致产品设计往复，造成大量时间、成本浪费。
8.②
试验周期长，成本昂贵。缸体台架试验的验证通过寿命周期在一千万次以上，即使不能通过，往往的周期也在几百万次。结合缸体台架试验机的加载频率，一台发动机缸体的验证时间在十几天，甚至几十天。
9.③
缸体台架试验一般为通过性试验。试验结果往往只显示最终破坏位置和破坏周期。如果试验过程不破坏，就不能显示结构薄弱位置。
10.④
即使在疲劳试验中粘贴应变片，也只能获得局部结构的应力，并且受结构尺寸和操作空间限制，实际贴片位置未必是破坏位置。
11.第二种，是通过有限元方法在设计前期进行仿真模拟，计算缸体的强度。
12.当前大多数缸体强度仿真方法是基于发动机实际工作状态的热固耦合分析，这与缸体台架试验存在很大的差异。一般情况下，基于实际工作状态的仿真分析不考虑曲轴连杆的作用，直接将载荷简化到主轴承座位置，并且考虑温度的影响。其存在的问题是从结构到边界条件的施加均与试验有所差异，虽然能在一定程度反应结构的强度性能，但是不能
精准的预测试验条件下的缸体强度性能。


技术实现要素：

13.为了克服上述问题，本发明提供一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法；通过有限元仿真方法精准复现发动机缸体台架试验，能够在一定范围内替代缸体台架试验进行发动机缸体强度耐久寿命预测；同时本发明能够将发动机缸体台架试验工况的强度预测前置至设计阶段，能够与设计完善同时进行，不仅能预报缸体在台架试验工况的通过性，也可以预报其薄弱设计点。
14.一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，包括如下内容：
15.(一)有限元分析模型建立
16.s1、建立发动机缸体有限元模型；
17.s2、建立发动机主轴承盖有限元模型；
18.s3、建立发动机其他结构有限元模型，包括发动机缸体台架试验涉及的全部发动机零部件结构和夹具；
19.s4、根据真实装配关系建立零部件之间的连接关系，其中除螺栓螺纹连接采用特殊接触关系定义以外，其他均为通用接触关系；
20.s5、定义有限元模型材料，其中定义各零部件有限元模型材料的弹性模量e和泊松比μ；
21.(二)载荷边界条件施加
22.s6、将有限元计算装配关系中的过盈量和间隙量在载荷中进行施加定义；
23.s7、螺栓载荷施加定义
24.普通螺栓为弹性区紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向：
[0025][0026]
式中，f为螺栓预紧力，t为螺栓拧紧力矩，k为螺栓拧紧力矩系数，d为螺栓直径；
[0027]
发动机缸盖和主轴承盖螺栓紧固方式为扭矩加转角形式，为屈服紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向；
[0028][0029]
式中，f1为螺栓预紧力，σy为螺栓屈服点应力，as为螺栓公称应力截面积，da为螺栓公称应力截面积的等效直径，p为螺距，μs为螺纹摩擦系数，d2为螺纹中径，α
′
为螺纹牙侧角；
[0030]
s8、液压油油压载荷施加：按照试验条件，在试验缸盖和试验缸体间形成油腔，表面施加液压油压力值；
[0031]
s9、边界约束条件施加：按照不同阶段，分别约束缸体上表面和夹具支架固定点全部自由度；
[0032]
(三)静力学求解和评价
[0033]
s10、求解计算有限元模型
[0034]
采用牛顿法进行非线性静力学求解，计算各个结构的应力、变形；
[0035]
所述步骤s10中求解载荷步设置为：
[0036]
1)装配工况1：缸体、主轴承盖、主轴承盖螺栓、活塞、连杆、曲轴、夹具装配；
[0037]
2)装配工况2：缸盖、缸垫、缸盖螺栓装配；
[0038]
3)载荷工况1：试验波动载荷最大油压模拟；
[0039]
4)载荷工况2：试验波动载荷最小油压模拟；
[0040]
s11、根据所述步骤s10的求解结果，对发动机缸体进行评价：分别评价缸体结构在装配工况1+装配工况2+载荷工况1以及装配工况1+装配工况2+载荷工况2下应力状态。
[0041]
所述步骤s1中，要保证发动机缸体和其他零部件接触边界清晰，特别是保证主轴承盖、主轴瓦和缸体接触面网格一一对应；
[0042]
所述步骤s1中，要保证缸体通风孔、止口位置，总体网格尺寸小于2mm，同时确保倒圆角圆周方向网格份数在8份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0043]
所述步骤s2中，要保证主轴承盖顶部圆角的网格划分份数在6份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0044]
所述步骤s3中，发动机其他结构包括缸盖、缸垫、活塞、连杆、曲轴、轴瓦、螺栓；其中缸垫采用单层实体网格建立，并将压波部分进行单独分组；螺栓采用六面体网格划分，不体现螺纹特征；主轴瓦采用2层六面体网格划分，体现油孔特征，不体现定位特征；其他零部件按照形状分别采用四面体或六面体划分。
[0045]
所述步骤s4中，按照螺栓连接接触关系定义螺纹部分的连接，需要定义的参数有螺栓间距、螺纹升角、螺纹间隙量。
[0046]
所述步骤s5中，如果采用一次四面体模拟不关注的缸盖、活塞零部件，其弹性模量采用其材料弹性模量的70％计算。
[0047]
所述步骤s6中，按照设计要求，对过盈量和间隙量进行定义，过盈量和间隙量取均值。
[0048]
所述步骤s9中，装配缸体及内部零部件时，约束缸体上表面全部节点自由度；装配缸垫缸盖和载荷作用时，约束夹具支架固定点全部自由度。
[0049]
所述步骤s11中，要求结构的最大主应力不超过缸体材料的疲劳强度极限。
[0050]
所述步骤s11中，当超过材料疲劳极限的位置小于1/3个单元，或者集中在单元节点上时，为应力集中，不予优化结构。
[0051]
所述步骤s1～s9中，采用有限元前处理软件hypermesh处理。
[0052]
所述步骤s10和s11采用有限元后处理软件abaqus处理。
[0053]
本发明的有益效果：
[0054]
①
本发明通过有限元仿真方法精准复现发动机缸体台架试验，能够在一定范围内替代缸体台架试验进行发动机缸体强度耐久寿命预测。同时本发明能够将发动机缸体台架试验工况的强度预测前置至设计阶段，能够与设计完善同时进行，不仅能预报缸体在台架试验工况的通过性，也可以预报其薄弱设计点。
[0055]
②
本发明充分利用有限元分析计算周期短以及预测准确等优点，同时利用结构最大主应力作为结构的强度性能预报。
[0056]
③
本发明提供了一种规范化和流程化的预测缸体台架试验条件下的缸体强度性
能的方法，从有限元建模、装配、计算、评价等全维度标准化有限元作业流程，其大大降低了工程师主观性判断带来的计算结果离散度较大问题，统一判别标准，提升了仿真效率。
[0057]
③
本发提供的预测缸体台架试验条件下的强度性能的方法，具有和缸体台架试验相同的结构、相同的边界条件、相同的材料参数，即可以用于产品开发前期阶段，可以指导结构优化设计，提升结构强度性能，以保证产品一次性通过试验验证。也可以用于产品开发后期，用于解决在试验过程中发生的缸体破坏问题。
附图说明
[0058]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0059]
图1为本发明的流程图。
[0060]
图2为本发明缸体台架试验有限元模型示意图。
具体实施方式
[0061]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0062]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0064]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0065]
实施例1
[0066]
一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，如图1所述，包括如下内容：
[0067]
(一)有限元分析模型建立
[0068]
s1、建立发动机缸体有限元模型
[0069]
其中发动机缸体模型着重细化主轴承座周边位置；
[0070]
s2、建立发动机主轴承盖有限元模型
[0071]
其中发动机主轴承盖模型着重细化主轴承盖顶部倒角位置；
[0072]
s3、建立发动机其他结构有限元模型；包括发动机缸体台架试验涉及的全部发动机零部件结构和夹具；如图2所示；
[0073]
s4、根据真实装配关系建立零部件之间的连接关系；其中除螺栓螺纹连接采用特殊接触关系定义以外，其他均为通用接触关系；
[0074]
s5、定义有限元模型材料
[0075]
定义各零部件有限元模型材料的弹性模量e、泊松比μ；其中一般情况下钢材e＝210gpa，μ＝0.30，铝合金材料e＝70gpa，μ＝0.33；需要注意的是，由于发动机缸体一般为铸造铝合金或铸铁材料，由于铸造工艺等影响，其铸造后的结构材料性能往往和材料标准性能相差较大，建议采取同一厂家生产的类似缸体实际取样的试验测试数据。
[0076]
(二)载荷边界条件施加
[0077]
s6、过盈和间隙装配载荷施加定义
[0078]
在有限元计算中装配关系中的过盈量和间隙量在载荷中进行施加定义；按照设计要求，对过盈量和间隙量进行定义，过盈量和间隙量取均值；
[0079]
所述步骤s6中，如未给出明确过盈量和间隙量，可以根据设计图纸中的尺寸标注进行计算。所述的标注形式，施加的过盈量或间隙量δ可按照如下公式(1)进行计算：
[0080][0081]
s7、螺栓载荷施加定义
[0082]
普通螺栓为弹性区紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向：
[0083][0084]
式中，f为螺栓预紧力，t为螺栓拧紧力矩，k为螺栓拧紧力矩系数，d为螺栓直径；
[0085]
发动机缸盖和主轴承盖螺栓紧固方式为扭矩加转角形式，为屈服紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向；
[0086][0087]
式中，f1为螺栓预紧力，σy为螺栓屈服点应力，as为螺栓公称应力截面积，da为螺栓公称应力截面积的等效直径，p为螺距，μs为螺纹摩擦系数，d2为螺纹中径，α
′
为螺纹牙侧角；
[0088]
s8、液压油油压载荷施加
[0089]
按照试验条件，在试验缸盖和试验缸体间形成油腔，表面施加液压油压力值；
[0090]
s9、边界约束条件施加
[0091]
按照不同阶段，分别约束缸体上表面和夹具支架固定点全部自由度；
[0092]
(三)静力学求解和评价
[0093]
s10、求解计算有限元模型
[0094]
采用牛顿法进行非线性静力学求解，结算各个结构的应力、变形；
[0095]
所述步骤s10中求解载荷步设置为：
[0096]
1)装配工况1：缸体、主轴承盖、主轴承盖螺栓、活塞、连杆、曲轴、夹具装配；
[0097]
2)装配工况2：缸盖、缸垫、缸盖螺栓装配；
[0098]
3)载荷工况1：试验波动载荷最大油压模拟；
[0099]
4)载荷工况2：试验波动载荷最小油压模拟；
[0100]
s11、根据所述步骤s10的求解结果，对发动机缸体进行评价；
[0101]
分别评价缸体结构在装配工况1+装配工况2+载荷工况1和装配工况1+装配工况2+载荷工况2下应力状态。
[0102]
所述步骤s1中，要保证发动机缸体和其他零部件接触边界清晰，特别是保证主轴承盖、主轴瓦和缸体接触面网格一一对应；
[0103]
所述步骤s1中，要保证缸体通风孔、止口位置，总体网格尺寸小于2mm，同时确保倒圆角圆周方向网格份数在8份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0104]
所述步骤s2中，要保证主轴承盖顶部圆角的网格划分份数在6份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0105]
所述步骤s3中，发动机其他结构包括缸盖、缸垫、活塞、连杆、曲轴、轴瓦、螺栓；其中缸垫采用单层实体网格建立，并将压波部分进行单独分组；螺栓采用六面体网格划分，不体现螺纹特征；主轴瓦采用2层六面体网格划分，体现油孔特征，不体现定位特征；其他零部件按照形状分别采用四面体或六面体划分。
[0106]
所述步骤s4中，按照螺栓连接接触关系定义螺纹部分的连接，需要定义的参数有螺栓间距、螺纹升角、螺纹间隙(过盈)量。
[0107]
所述步骤s5中，如果采用一次四面体模拟不关注的缸盖、活塞零部件，其弹性模量采用其材料弹性模量的70％计算。
[0108]
所述步骤s9中，装配缸体及内部零部件时，约束缸体上表面全部节点自由度；装配缸垫缸盖和载荷作用时，约束夹具支架固定点全部自由度。
[0109]
所述步骤s11中，要求结构的最大主应力不超过缸体材料的疲劳强度极限。
[0110]
所述步骤s11中，当超过材料疲劳极限的位置小于1/3个单元，或者集中在单元节点上时，为应力集中，不予优化结构。
[0111]
所述步骤s1～s9中，采用有限元前处理软件：hypermesh。
[0112]
所述步骤s10和s11采用有限元后处理软件：abaqus。
[0113]
实施例2
[0114]
预测缸体台架试验条件下的缸体强度性能的方法，其特征在于，包括下述步骤。
[0115]
s1、建立发动机缸体有限元模型。
[0116]
s2、建立发动机主轴承盖有限元模型。
[0117]
s3、建立发动机其他结构有限元模型。包括缸盖、缸垫、活塞、连杆、曲轴、轴瓦、螺栓等发动机缸体台架试验涉及的全部发动机零部件结构和夹具。
[0118]
s4、根据真实装配关系建立零部件之间的连接关系。
[0119]
s5、定义有限元模型材料：定义各零部件有限元模型材料的弹性模量e、泊松比μ。
一般情况下钢材e＝210gpa，μ＝0.30；铝合金材料e＝70gpa，μ＝0.33。需要注意的是，由于发动机缸体一般为铸造铝合金或铸铁材料，由于铸造工艺等影响，其铸造后的结构材料性能往往和材料标准性能相差较大，建议采取同一厂家生产的类似缸体实际取样的试验测试数据。
[0120]
s6、过盈和间隙装配载荷施加定义。在有限元计算中装配关系中的过盈量和间隙量在载荷中进行施加定义。按照设计要求，对过盈量和间隙量进行定义，过盈量和间隙量取均值。
[0121]
s6所述步骤中，如未给出明确过盈量和间隙量，可以根据设计图纸中的尺寸标注进行计算。所述的标注形式，施加的过盈量或间隙量δ可按照如下公式(1)进行计算：
[0122][0123]
s7、螺栓载荷施加定义。
[0124]
s8、边界约束条件施加。
[0125]
s9、液压油油压载荷施加。
[0126]
s10、求解计算有限元模型：采用牛顿法进行非线性静力学求解，结算各个结构的应力、变形等。
[0127]
s11、分别评价缸体结构在装配工况1+装配工况2+载荷工况1和装配工况1+装配工况2+载荷工况2下应力状态。
[0128]
所述步骤s1中，要保证发动机缸体和其他零部件接触边界清晰，特别是保证主轴承盖、主轴瓦和缸体接触面网格一一对应。缸体通风孔、止口位置，总体网格尺寸小于2mm，同时确保倒圆角圆周方向网格份数在8份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0129]
所述步骤s2中，要保证主轴承盖顶部圆角的网格划分份数在6份以上，网格长宽比不大于1.5。
[0130]
所述步骤s3中，缸垫采用单层实体网格建立，并将压波部分进行单独分组，螺栓采用六面体网格划分，不体现螺纹特征，主轴瓦采用2层六面体网格划分，体现油孔特征，不体现定位特征。
[0131]
所述步骤s4中，螺栓连接采用接触关系定义螺纹部分的连接，需要定义的参数有螺栓间距、螺纹升角、螺纹间隙(过盈)量。
[0132]
所述步骤s5中，如果采用一次四面体模拟不关注的缸盖、活塞等零部件，其弹性模量采用其材料弹性模量的70％计算。
[0133]
所述步骤s7中，螺栓预紧力施加分为弹性区紧固和屈服紧固，其中：
[0134]
普通螺栓为弹性区紧固，螺栓预紧力采用公式(2)计算得到，作用方向沿螺栓的轴向。
[0135][0136]
式中，f为螺栓预紧力，t为螺栓拧紧力矩，k为螺栓拧紧力矩系数，d为螺栓直径。
[0137]
发动机缸盖和主轴承盖螺栓紧固方式为扭矩加转角形式，为屈服紧固，螺栓预紧力采用公式(3)计算得到，作用方向沿螺栓的轴向。
[0138][0139]
式中，f1为螺栓预紧力，σy为螺栓屈服点应力，as为螺栓公称应力截面积，da为螺栓公称应力截面积的等效直径，p为螺距，μs为螺纹摩擦系数，d2为螺纹中径，α
′
为螺纹牙侧角。
[0140]
所述步骤s9中，装配缸体及内部零部件时，约束缸体上表面全部节点自由度。装配缸垫缸盖和载荷作用时，约束夹具支架固定点全部自由度。
[0141]
所述步骤s10中，求解载荷步设置为：
[0142]
①
装配工况1：缸体、主轴承盖、主轴承盖螺栓、活塞、连杆、曲轴、夹具装配；
[0143]
②
装配工况2：缸盖、缸垫、缸盖螺栓装配；
[0144]
③
载荷工况1：试验波动载荷最大油压模拟；
[0145]
④
载荷工况2：试验波动载荷最小油压模拟。
[0146]
所述步骤s11中，要求结构的最大主应力不超过缸体材料的疲劳强度极限。需要注意的是当超过材料疲劳极限的位置小于1/3个单元，或者集中在单元节点上时，为应力集中，可以不予优化结构。
[0147]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0148]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0149]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，包括如下内容：(一)有限元分析模型建立s1、建立发动机缸体有限元模型；s2、建立发动机主轴承盖有限元模型；s3、建立发动机其他结构有限元模型，包括发动机缸体台架试验涉及的全部发动机零部件结构和夹具；s4、根据真实装配关系建立零部件之间的连接关系，其中除螺栓螺纹连接采用特殊接触关系定义以外，其他均为通用接触关系；s5、定义有限元模型材料，其中定义各零部件有限元模型材料的弹性模量e和泊松比μ；(二)载荷边界条件施加s6、将有限元计算装配关系中的过盈量和间隙量在载荷中进行施加定义；s7、螺栓载荷施加定义普通螺栓为弹性区紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向：式中，f为螺栓预紧力，t为螺栓拧紧力矩，k为螺栓拧紧力矩系数，d为螺栓直径；发动机缸盖和主轴承盖螺栓紧固方式为扭矩加转角形式，为屈服紧固，螺栓预紧力采用下述公式计算得到，作用方向沿螺栓的轴向；式中，f1为螺栓预紧力，σ
y
为螺栓屈服点应力，a
s
为螺栓公称应力截面积，d
a
为螺栓公称应力截面积的等效直径，p为螺距，μ
s
为螺纹摩擦系数，d2为螺纹中径，α
′
为螺纹牙侧角；s8、液压油油压载荷施加：按照试验条件，在试验缸盖和试验缸体间形成油腔，表面施加液压油压力值；s9、边界约束条件施加：按照不同阶段，分别约束缸体上表面和夹具支架固定点全部自由度；(三)静力学求解和评价s10、求解计算有限元模型采用牛顿法进行非线性静力学求解，计算各个结构的应力、变形；所述步骤s10中求解载荷步设置为：1)装配工况1：缸体、主轴承盖、主轴承盖螺栓、活塞、连杆、曲轴、夹具装配；2)装配工况2：缸盖、缸垫、缸盖螺栓装配；3)载荷工况1：试验波动载荷最大油压模拟；4)载荷工况2：试验波动载荷最小油压模拟；s11、根据所述步骤s10的求解结果，对发动机缸体进行评价：分别评价缸体结构在装配工况1+装配工况2+载荷工况1以及装配工况1+装配工况2+载荷工况2下应力状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s1中，要保证发动机缸体和其他零部件接触边界清晰，特别是保证主轴承盖、主轴瓦和缸体接触面网格一一对应；所述步骤s1中，要保证缸体通风孔、止口位置，总体网格尺寸小于2mm，同时确保倒圆角圆周方向网格份数在8份以上，网格长宽比不大于1.5。3.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，要保证主轴承盖顶部圆角的网格划分份数在6份以上，网格长宽比不大于1.5。4.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s3中，发动机其他结构包括缸盖、缸垫、活塞、连杆、曲轴、轴瓦、螺栓；其中缸垫采用单层实体网格建立，并将压波部分进行单独分组；螺栓采用六面体网格划分，不体现螺纹特征；主轴瓦采用2层六面体网格划分，体现油孔特征，不体现定位特征；其他零部件按照形状分别采用四面体或六面体划分。5.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，按照螺栓连接接触关系定义螺纹部分的连接，需要定义的参数有螺栓间距、螺纹升角、螺纹间隙量。6.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s5中，如果采用一次四面体模拟不关注的缸盖、活塞零部件，其弹性模量采用其材料弹性模量的70％计算。7.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s6中，按照设计要求，对过盈量和间隙量进行定义，过盈量和间隙量取均值。8.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s9中，装配缸体及内部零部件时，约束缸体上表面全部节点自由度；装配缸垫缸盖和载荷作用时，约束夹具支架固定点全部自由度。9.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s11中，要求结构的最大主应力不超过缸体材料的疲劳强度极限；所述步骤s11中，当超过材料疲劳极限的位置小于1/3个单元，或者集中在单元节点上时，为应力集中，不予优化结构。10.根据权利要求1所述的一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法，其特征在于，所述步骤s1～s9中，采用有限元前处理软件hypermesh处理；所述步骤s10和s11采用有限元后处理软件abaqus处理。

技术总结
本发明属于发动机缸体台架试验技术领域，具体涉及一种基于发动机缸体台架试验的强度性能有限元预测方法；建立发动机缸体、发动机主轴承盖、其他结构有限元模型，根据真实装配关系建立连接关系，将过盈量和间隙量在载荷中定义，螺栓载荷施加定义，液压油油压载荷施加，边界约束条件施加，求解计算有限元模型，根据求解结果对发动机缸体进行评价；本发明通过有限元仿真方法精准复现发动机缸体台架试验，能够在一定范围内替代缸体台架试验进行发动机缸体强度耐久寿命预测；同时本发明能够将发动机缸体台架试验工况的强度预测前置至设计阶段，能够与设计完善同时进行，不仅能预报缸体在台架试验工况的通过性，也可以预报其薄弱设计点。计点。计点。


技术研发人员：武斌 张醒国 沈宇航 蔡存朋
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/14