柴油機(jī)氣缸蓋的案例
EDF開源CAE | code_aster對900MWe級核反應(yīng)堆應(yīng)急柴油機(jī)氣缸蓋裂紋的模擬
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研究背景
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目前，法國正在運(yùn)行的34個(gè)900MWe級反應(yīng)堆中均設(shè)置了兩組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，以保證核電站在外部電力中斷的情況下各類應(yīng)急設(shè)備的正常工作從而確保核電站的安全。作為預(yù)防性維護(hù)的一部分，有關(guān)部門對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了定期測試和檢查。
在檢查中，氣缸蓋的氣門橋處觀察到了裂紋（圖1，2）。EDF和柴油發(fā)電機(jī)制造商兼設(shè)計(jì)者瓦錫蘭公司40年的經(jīng)驗(yàn)反饋表明，這些裂紋是在定期測試中發(fā)電機(jī)的周期性啟動(dòng)和停止（低頻熱疲勞）導(dǎo)致的，對其運(yùn)行沒有影響。反饋還表明，裂紋不會(huì)擴(kuò)展到水冷回路區(qū)域，從而不會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的停機(jī)。
圖1 氣缸蓋氣門橋處的裂紋
圖2 某破裂面上的裂紋
盡管有大量的經(jīng)驗(yàn)反饋?zhàn)鳛橹危▏税踩郑ˋutorité de S?reté Nucléaire, ASN）仍要求EDF嚴(yán)格證明這些裂紋的無害性。因此，EDF的核電部中負(fù)責(zé)制定和優(yōu)化核反應(yīng)堆維護(hù)策略的國家運(yùn)營工程部（UNIE）指示研發(fā)部門通過數(shù)值模擬對裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行論證，關(guān)鍵在于通過增大檢查間隔時(shí)間的方式來減輕氣缸蓋的維護(hù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)還要避免因出現(xiàn)裂紋而被拒收的氣缸蓋的早期更換。
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材料實(shí)驗(yàn)
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由于氣缸蓋材料（層狀石墨鑄鐵GJL-300）原本不存在于EDF的數(shù)據(jù)庫中，因此該材料的熱力學(xué)參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)從反應(yīng)堆中廢棄氣缸蓋上采集的樣品中提取。EDF在20℃，220℃和420℃下對氣缸蓋材料進(jìn)行了單向拉伸實(shí)驗(yàn)、循環(huán)拉/壓實(shí)驗(yàn)和疲勞裂縫發(fā)展實(shí)驗(yàn)，并獲得了相應(yīng)的材料力學(xué)參數(shù)（圖3，4，5）。
展開 熱流固耦合
周期性對稱支承板機(jī)座的熱流固耦合數(shù)值模擬研究.pdf
柴油機(jī)氣缸蓋流固耦合傳熱分析研究.pdf
熱流固耦合建模過程.pdf
【汽車噴油泵知識(shí)】
* 當(dāng)柱塞上升至"上止點(diǎn)"后往下移動(dòng)，柱塞傾斜槽又會(huì)與吸入口相遇，柴油又被吸進(jìn)柱塞套里面，再次重復(fù)上述的動(dòng)作。直列式噴油泵每一組柱塞系統(tǒng)對應(yīng)一個(gè)氣缸，4個(gè)氣缸就有4組柱塞系統(tǒng)，因此體積比較大，多用在中型以上汽車。例如公共汽車和大貨車上的柴油機(jī)一般用直列式噴油泵。
轎車及輕型汽車柴油機(jī)上的噴油泵一般是分配型，具有體積小重量輕，零件少構(gòu)造簡單的優(yōu)點(diǎn)。它用兩組柱塞系統(tǒng)(或者一組柱塞系統(tǒng))加壓，柴油分別送入各個(gè)噴油嘴。
它的基本工作原理就是在泵里面有兩組對置柱塞安裝在葉輪上，葉輪被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于凸輪環(huán)的凸起部分壓動(dòng)柱塞，使柱塞發(fā)揮象泵的作用一樣向葉輪中央的送油孔壓送柴油，這時(shí)送出去的柴油充滿了分配器入口處，然后按各氣缸順序排列噴射。
由于兩組柱塞系統(tǒng)(或者一組柱塞系統(tǒng))的動(dòng)作轉(zhuǎn)數(shù)與氣缸數(shù)目成比例增加，因此該種噴油泵受到汽缸數(shù)目及最高轉(zhuǎn)速的限制。
隨著柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又興起一種單體式噴油泵形式(稱為單體泵或者泵噴嘴)，它實(shí)際上是將上述兩種型式的噴油泵"化整為零"，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸燃油噴射由各自的獨(dú)立噴射單元(單體泵或者泵噴嘴)來完成。
對于單體泵而言，噴油泵與噴油嘴之間用一根很短的高壓油管相連，而對于泵噴嘴而言，噴油泵與噴油嘴組合為一體，直接安裝在柴油機(jī)氣缸蓋上，由頂置凸輪軸驅(qū)動(dòng)。它們的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠減輕或者消除在柴油流動(dòng)和噴射的過程中，在高壓油管內(nèi)所形成的壓力波影響。因?yàn)檫@個(gè)壓力波會(huì)妨礙著噴油系統(tǒng)與負(fù)荷、轉(zhuǎn)速的良好匹配，并會(huì)隨著高壓管的長度增長而增大。
因此，縮短高壓油管的長度(噴油泵的設(shè)計(jì)思想)或干脆不要高壓油管(泵噴嘴的設(shè)計(jì)思想)，減少柱塞與噴油嘴之間的高壓容積，可以得到接近于凸輪輪廓線所規(guī)定的供油規(guī)律。尤其是泵噴嘴，早在十幾年前已經(jīng)應(yīng)用在通用汽車上，如今有電子技術(shù)的精確控制，使其性能得以提高。
展開 ALGOR
Adiabatics公司的工程師用多物理場軟件分析了在原型試驗(yàn)中出現(xiàn)了裂縫的軍車柴油機(jī)氣缸蓋的熱結(jié)構(gòu)行為。
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?? Nelson使用ALGOR的熱分析功能來優(yōu)化寬量程氧氣傳感器，該傳感器可以使汽車更清潔、更有效。
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???惠普公司用ALGOR的非穩(wěn)定流分析功能優(yōu)化了熱噴墨打印頭的進(jìn)墨流道的墨流，從而使打印質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。
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??上圖所示采用焦耳加熱的點(diǎn)焊系統(tǒng)中，在兩塊金屬薄板之間通過電流將二者永久焊接，對其進(jìn)行靜電流和電壓分析以確定電流分布，靜電結(jié)果隨后被直接用于穩(wěn)態(tài)熱分析來確定溫度分布。
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什么是鑄造？鑄造的6大常用方法，14種缺陷分析及控制
合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術(shù)
鋁合金是汽車上應(yīng)用最快和最廣的輕金屬，因?yàn)殇X合金本身的性能已經(jīng)達(dá)到質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用于一些不受沖擊的部件。后來，通過強(qiáng)化合金元素，鋁合金的強(qiáng)度大大提高，由于質(zhì)輕、散熱性好等特性，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環(huán)境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術(shù)可以提高凈化、精練、細(xì)化、變質(zhì)等材質(zhì)質(zhì)量控制，使得鋁鑄件質(zhì)量達(dá)到一致性和穩(wěn)定性。
隨著我國汽車業(yè)的發(fā)展，特別是家用轎車的快速增加和汽車部件出口的增大，汽車鋁鑄件將有很大的增長。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成型工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司，選用意大利法塔公司重力鑄造機(jī)生產(chǎn)鋁氣缸蓋。二是以日韓為代表的低壓鑄造成型工藝，東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)分公司鋁壓鑄車間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司，選用日本新東等公司低壓鑄造機(jī)生產(chǎn)鋁氣缸蓋。
6. 半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)
半固態(tài)技術(shù)發(fā)源于美國，因此在美國這一技術(shù)已經(jīng)基本成熟，處于全球領(lǐng)先地位，被稱之為21世紀(jì)最有前途的材料成形加工工藝。Alumax公司率先將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，生產(chǎn)的鋁合金汽車制動(dòng)總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質(zhì)量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工余量則占鑄件質(zhì)量的40%。20世紀(jì)80年代以來，歐洲等國在半固態(tài)應(yīng)用方面作了大量研究和應(yīng)用工作。
7. 鑄鐵材質(zhì)的發(fā)展趨勢
薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件技術(shù)
灰鑄鐵件在汽車上大量應(yīng)用，由于該材料具有低的成本和良好的鑄造性能優(yōu)勢。隨著汽車技術(shù)輕量化要求，灰鑄鐵的增長和發(fā)展將受到一定的影響，因此加強(qiáng)薄壁高強(qiáng)度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將是發(fā)展趨勢。
展開 什么是鑄造？鑄造的6大常用方法，14種缺陷分析及控制
合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術(shù)
鋁合金是汽車上應(yīng)用最快和最廣的輕金屬，因?yàn)殇X合金本身的性能已經(jīng)達(dá)到質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用于一些不受沖擊的部件。后來，通過強(qiáng)化合金元素，鋁合金的強(qiáng)度大大提高，由于質(zhì)輕、散熱性好等特性，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環(huán)境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術(shù)可以提高凈化、精練、細(xì)化、變質(zhì)等材質(zhì)質(zhì)量控制，使得鋁鑄件質(zhì)量達(dá)到一致性和穩(wěn)定性。
隨著我國汽車業(yè)的發(fā)展，特別是家用轎車的快速增加和汽車部件出口的增大，汽車鋁鑄件將有很大的增長。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成型工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司，選用意大利法塔公司重力鑄造機(jī)生產(chǎn)鋁氣缸蓋。二是以日韓為代表的低壓鑄造成型工藝，東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)分公司鋁壓鑄車間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司，選用日本新東等公司低壓鑄造機(jī)生產(chǎn)鋁氣缸蓋。
6. 半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)
半固態(tài)技術(shù)發(fā)源于美國，因此在美國這一技術(shù)已經(jīng)基本成熟，處于全球領(lǐng)先地位，被稱之為21世紀(jì)最有前途的材料成形加工工藝。Alumax公司率先將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，生產(chǎn)的鋁合金汽車制動(dòng)總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質(zhì)量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工余量則占鑄件質(zhì)量的40%。20世紀(jì)80年代以來，歐洲等國在半固態(tài)應(yīng)用方面作了大量研究和應(yīng)用工作。
7. 鑄鐵材質(zhì)的發(fā)展趨勢
薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件技術(shù)
灰鑄鐵件在汽車上大量應(yīng)用，由于該材料具有低的成本和良好的鑄造性能優(yōu)勢。隨著汽車技術(shù)輕量化要求，灰鑄鐵的增長和發(fā)展將受到一定的影響，因此加強(qiáng)薄壁高強(qiáng)度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將是發(fā)展趨勢。
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