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氣缸蓋用來密封氣缸的上面部分，它與活塞頂及氣缸內壁共同組成燃燒空間。氣缸蓋的結構形狀十分復雜，承受著氣體作用力和氣缸蓋螺栓的預緊力。氣缸蓋各部分溫度很不均勻，氣缸蓋底面燃燒室部分溫度很高，而冷卻水套或散熱片部分的溫度很低，進氣道和排氣道的溫度也不相同，因此，氣缸蓋的機械應力和熱應力都很大。特別是由于高溫和溫度分布不均勻而產生的熱應力的反復作用往往形成熱疲勞裂紋。同時，氣缸蓋受熱時引起的變形如果過大，會影響與氣缸的接合面和氣門座接合面的密封，加速氣門座的磨損產生氣門桿“咬死”，甚至造成漏氣、漏水和漏油等現象使內燃機無法工作。正確分析缸蓋的溫度場和應力場是缸蓋結構設計的依據，利用有限元分析法可以縮短缸蓋設計周期，降低成本。但是，由于其結構的復雜性，以及缸蓋和周圍零件之間復雜的接觸配合關系，使缸蓋有限元計算變得異常困難。
大量文獻采用二維或簡單三維模型對其進行溫度場或應力場分析，使問題的求解域過小，模型的合理性難以保證，其計算結果和實際情況有很大差異。即便有些文獻能夠得到較好的計算結果，也主要是得益于對比相關試驗的試算，建模和分析方法缺乏通用性和實用性。為此，以某型柴油機氣缸蓋為例，研究其在機械負荷和熱負荷下的結構強度，探討氣缸蓋有限元分析中的方法問題。
研究的氣缸蓋是六缸整體式水冷灰鑄鐵氣缸蓋。考慮到缸蓋的機械負荷主要來自預緊工況，且缸蓋結構基本對稱、各缸蓋的剛度相互影響很小，預緊工況載荷對稱，因此取單缸模型進行分析即可。
采用CAD軟件I-DEAS建立缸蓋單缸實體模型見圖。采用解氣門，每缸在氣缸周圍對稱布置6個緊固螺栓孔(相鄰缸共用)。對某些對缸蓋強度和變形影響極小的倒角等予以忽略，這樣有利于減少計算量，縮短計算周期。進、排氣道采用截面放樣得到，圖為進氣道實體模型圖。考慮到缸蓋和機體的接觸以及機體剛度對缸蓋的影響，對與缸蓋接觸的機體采用高度方向剛度等效機體模型，截面為缸蓋火力板。
在保證目標求解精度的前提下，盡量減小有限元模型的求解規模是關系到問題求解成功率的關鍵，因此在建立有限元模型的時候必須進行有限元離散誤差的收斂性分析。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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