一種基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法

2023-05-11 23:00:46 1

專利名稱：一種基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法
技術領域：
本發明涉及一種基於道路循環工況發動機零件疲勞壽命計算方法。
背景技術：
對於發動機高溫零件(活塞、排氣歧管、缸蓋等)的疲勞壽命計算，一般以低周疲勞計算方法為主，即模擬發動機臺架試驗工況(對發動機高溫零件進行熱衝擊試驗)，在國標(或企業標準)工況下計算某零件的溫度歷程、應力/應變歷程，然後根據疲勞損傷原理和材料特性計算單循環損傷值，最後根據單循環周期計算疲勞壽命。但此方法只能評價發動機的臺架壽命(試驗壽命)，並不能應用於整車的道路循環工況，也即無法評價該零件搭載於整車能夠行使的裡程數。在設計開發之初，缺乏一種溝通臺架試驗和整車道路循環工況，也即開發者和使用者的評價和計算方法。

發明內容
本發明提出了一種基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法，解決了基於道路循環工況中和在臺架試驗中，同一發動機零件的疲勞壽命不能得到有效統一計算的問題。一種基於道路循環工況的發動機零件的疲勞壽命計算方法，通過單循環損傷值計算步驟得到單循環損傷值對應的疲勞壽命，通過循環公裡數計算步驟得到循環公裡數，將單循環總損傷值對應的疲勞壽命乘以循環公裡數，即得到零件的基於道路工況的疲勞壽命O所述道路工況中發動機零件的疲勞壽命計算，需要先將整車道路循環工況進行逆向計算得到對應的發動機工況，其中發動機運行工況包括轉速n，發動機平均有效壓力匕及發動機有效功率Pme ； 根據整車和發動機的關係
權利要求
1.一種基於道路循環工況的發動機零件的疲勞壽命計算方法，其特徵在於，通過單循環損傷值計算步驟得到單循環損傷值對應的疲勞壽命，通過循環公裡數計算步驟得到循環公裡數，將單循環總損傷值對應的疲勞壽命乘以循環公裡數，即得到零件的基於道路工況的疲勞壽命。
2.根據權利要求I所述的基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法，其特徵在於，所述道路工況中發動機零件的疲勞壽命計算，需要先將整車道路循環工況進行逆向計算得到對應的發動機工況，其中發動機運行工況包括轉速n，發動機平均有效壓力匕及發動機有效功率Pme ； 根據整車和發動機的關係式
3.根據權利要求2所述的基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法，其特徵在於，所述單循環損傷值計算步驟如下 步驟1 :根據發動機運行工況對零件工質和冷卻介質進行流體動力學計算，計算得到對流換熱係數和流體溫度，流體動力學計算即CFD ； 步驟2 :映射熱邊界條件，將步驟I中的流體動力學計算得到的對流換熱係數和近壁面層流體溫度映射至採用有限元計算固體熱傳導的模型，得到固體熱傳導模型中的邊界條件，即對流熱換係數和近壁面層流體溫度； 步驟3 :根據步驟2中得到的熱邊界條件計算發動機零件的溫度歷程，所述零件的溫度歷程為零件的溫度隨時間的變化過程，其中時間就是運行工況的歷程； 步驟4 :根據步驟3中所得的溫度歷程計算發動機零件的應力歷程及應變歷程，計算過程中考慮發動機材料參數，主要包括隨溫度變化的線膨脹係數、隨溫度變化的楊氏模量、泊松比、隨溫度變化的應力應變曲線、隨溫度變化的粘性常數、粘性指數以及粘性應變比例；步驟5 :根據上述的溫度歷程、應力歷程及應變歷程，利用材料的疲勞特性和循環參數計算單循環損傷值，單循環損傷值Di由機械損傷Dfat、螺變損傷Dctmp及氧化損傷Dax求和而成，其中材料的疲勞特性為S-N或e-N特性，其中S-N為應力-壽命，e-N為應變-壽命，循環參數是指循環硬化指數，有Di = Dfat+Dcreep+Dax ； 步驟6 :根據損傷值和壽命的關係計算零件壽命
4.根據權利要求3所述的基於道路循環工況的發動機零件疲勞壽命計算方法，其特徵在於，所述工質是 指缸內燃燒的氣體，包括排氣歧管內部的排氣，所述冷卻介質包括用於冷卻的空氣或冷卻液。
全文摘要
本發明公開了一種基於道路循環工況的發動機零件的疲勞壽命計算方法，通過單循環損傷值計算步驟得到單循環損傷值對應的疲勞壽命，通過循環公裡數計算步驟得到循環公裡數，將單循環總損傷值對應的疲勞壽命乘以循環公裡數，即得到零件的基於道路工況的疲勞壽命；利用單循環損傷值打破試驗工況和實際道路工況之間的鴻溝，從最深層次解決發動機高溫零件疲勞壽命計算問題；該方法可以直接評估零件搭載整車的行駛裡程數，明確了產品設計需求，加快了產品設計者的工作效率。
文檔編號G01M13/00GK102854010SQ20121038208
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者鄧幫林, 徐政欣, 趙智超, 王毅 申請人:湖南奔騰動力科技有限公司