一种气缸盖模拟件疲劳试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气缸盖模拟件疲劳试验方法，属于疲劳试验的技术领域。
【背景技术】
[0002]作为发动机最重要的零部件之一，气缸盖的工作环境十分恶劣，气缸盖的受力情况十分复杂。一方面，装配过程中产生的螺栓预紧力、气门座圈过盈力和铸造过程产生的残余应力将作用于气缸盖工作过程的始终。另一方面，受发动机启-停工况或怠速-全负荷工况等较大变化工况的影响，气缸盖将承受循环交变热负荷作用，另外，气缸内产生的高频爆发压力也将作用于气缸盖的火力面。
[0003]气缸盖结构十分复杂，在其上不仅需要布置配气机构、进排气管路、进排气道、喷油器、冷却水套和润滑油路，还需要考虑其与燃烧室、缸套、机体等的匹配情况。由于气缸盖结构和工况具有这种复杂性，使其主要危险位置往往处于多轴应力状态之下，容易发生热机耦合工况下的疲劳破坏。
[0004]近年来，针对多轴疲劳问题，研宄者们进行了大量基于试验和仿真的研宄，然而，研宄的对象多局限于标准件。原因主要是:针对实体气缸盖进行的热机耦合疲劳试验对实验设备要求高、试验周期长，具体实施过程十分困难和复杂。因此，对气缸盖疲劳问题进行研宄时，一方面，为了准确预测气缸盖热机耦合疲劳寿命，必须考虑到气缸盖结构复杂性所导致的危险位置的多轴应力状态。另一方面应考虑改进台架试验，提高时效性、经济性、准确性。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种发动机气缸盖模拟件疲劳试验方法，其可用于常见柴油机、汽油机气缸盖的疲劳试验；该方法一方面使用模拟件对特定的危险区域一一气缸盖火力面进行了重点考察，具有较高的准确性，另一方面，大部分工作通过仿真方法实现可以大大减少试验周期。
[0006]实现本发明的技术方案如下:
[0007]—种发动机气缸盖模拟件疲劳试验方法，具体过程为:
[0008]步骤一、通过有限元仿真方法计算实体气缸盖不同危险位置应力-应变分量的大小和方向，并计算实体气缸盖不同危险位置的三个主应力-应变值；
[0009]步骤二、根据气缸盖火力面(危险位置)外形特征初步确定单向拉压疲劳试验件的结构，基于所确定的试验件结构，在Pro/E软件中建立试验件模型；
[0010]步骤三、设定危险位置的第一主应力-应变值与危险位置截面面积的乘积为单向拉压试验台架上所需施加的最大循环载荷值；
[0011]步骤四、将试验件模型导入应力-应变仿真计算软件中，按照最大循环载荷值进行试验工况仿真，获取危险位置各应力-应变分量的大小和方向，计算试验件模型危险位置的三个主应力-应变值；
[0012]步骤五、将步骤四中获取的危险位置三个主应力-应变值分别与步骤一中获取的实体气缸盖三个主应力-应变值分别进行作差比较，当差值与实体气缸盖各主应力-应变值之比皆小于预设参数ε时，将此时的试验件模型确定为最终模型，进入步骤九，否则，进入步骤六；
[0013]步骤六、如果实体气缸盖危险位置第一主应力-应变值大于试验件模型危险位置的第一主应力-应变值，在最大循环载荷值处在试验台架测量范围内的限制条件下，缩小试验件模型的厚度，反之，增大试验件模型的厚度；
[0014]步骤七、在试验件模型厚度方向增加一圆弧过渡段，在应力-应变仿真计算软件中重新计算危险位置的三个主应力-应变值；当试验件模型三个主应力-应变值中沿厚度方向的主应力-应变值相比实体气缸盖沿厚度方向的主应力-应变值偏小时，适当减小过渡圆弧直径，否则，适当增大过渡圆弧直径；
[0015]步骤八、判断试验件模型与实体气缸盖危险位置上第一主应力-应变值和沿厚度方向的主应力-应变值之间的误差是否满足预设要求，若是，将此时试验件模型确定为最终模型，否则不断调整试验件模型的厚度和过渡圆弧直径直至满足预设要求为止；
[0016]步骤九、将确定最终试验件模型加工成型，然后在单向拉压试验台架上进行疲劳试验。
[0017]进一步地，本发明判断所述最大循环载荷值是否在试验台架所能施加载荷的范围内，当最大循环载荷值高于试验台架所能施加载荷的最大值时，增加试验件模型的厚度，当最大循环载荷值低于试验台架所能施加载荷的最小值时，减小试验件模型的厚度，直至最大循环载荷值处在试验台架所能施加载荷的范围内。
[0018]有益效果
[0019]第一，本发明提出了一种能在单向拉压试验台架上进行的气缸盖疲劳试验方法，在完成气缸盖模拟件的设计和制造工作后，可以直接将模拟件装卡至单向拉压试验台架上。
[0020]第二，本发明用纯机械疲劳试验代替热机耦合疲劳试验可以大大降低试验周期，并在一定程度上保证试验的精度。
[0021]第三，由于传统的疲劳试验台无法装卡体积硕大、结构复杂的实体气缸盖，且疲劳试验台架难以针对危险位置一一气缸盖火力面实现高精度测量，因而本发明首先设计了方便装卡和测量并能反映危险位置应力-应变特征的试验件，即缸盖的试验件模型，针对该模型进行试验，从而保证所进行的疲劳试验具有较高的准确性和针对性。
【附图说明】
[0022]图1为本发明发动机气缸盖模拟件疲劳试验方法的流程图。
[0023]图2为本实施例有效的气缸盖模拟件形状的主视图、俯视图和左视图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0025]如图1所示，本发明涉及一种发动机气缸盖模拟件疲劳试验方法，具体过程为:
[0026]步骤一、通过有限元仿真方法获取实体气缸盖不同危险位置应力-应变分量的大小和方向，并计算实体气缸盖不同危险位置的三个主应力-应变值；
[0027]确定实体气缸盖结构的低周疲劳危险位置，进行气缸盖危险位置的多轴应力-应变状态分析，若某应力-应变分量值与主应力-应变值相差两个数量级及其以上，则将该应力-应变分量忽略。相关应力-应变分析结果表明，气缸盖排气门鼻梁区和进排气门鼻梁区为危险位置，而气缸盖各鼻梁区位置剪应力分量可以忽略，只有正应力分量作用，且第一主应力-应变起主要作用，其他两个方向上的主应力值很小，约为第一主应力-应变的十分之一O
[0028]步骤二、根据气缸盖火力面外形特征初步确定单向拉压疲劳试验件的结构，基于所确定的试验件结构，在Pro/E软件中建立该试验件模型。本步骤中提取气缸盖火力面危险位置的外形特性，使得所设计的试验件模型能够在单向拉压试验台架上进行加载试验，使得疲劳试验具有高效性。
[0029]步骤三、初步设定危险位置的第一主应力-应变值与危险位置截面面积的乘积为单向拉压试验台架上所需施加的最大循环载荷值，此载荷值必须处在试验台架所能施加载荷的范围内，最好处在试验台架精确测量范围。
[0030]为了保证最大循环载荷值处于试验台架所能施加载荷的范围内，因此该步骤中需要对最大循环载荷值进行判断，当最大循环载荷值高于试验台架所能施加载荷的最大值时，此时增加试验件模型的厚度，当最大循环载荷值低于试验台架所能施加载荷的最小值时，此时减小试验件模型的厚度，通过不断调整试验件模型的厚度，直至最大循环载荷值处在试验台架所能施加载荷的范围内。
[0031]步骤四、将试验件模型导入应力-应变仿真计算软件中，按照机械疲劳试验的国家标准设定试验参数，并按最大循环载荷值进行试验工况仿真，获取危险位置三应