车辆发动机载荷谱及应用方法

位移边界条件的施加，能够约束刚体的位移，消除总体刚度矩阵的奇异性，这样有限元方程组才可以有解。引入边界条件的原则就是既能消除刚体位移，又能避免解失真。固定约束是位移约束的一种，它限定节点各个方向的位移为零，模型施加的固定约束如图10－6所示。

气缸盖结构复杂，若对其进行网格划分及有限元计算，将耗费大量的计算时间和计算资源。为简化计算，可选取其中一缸气缸盖进行后续分析，但这就需要在该模型左右两侧设置相应的对称（Symmetry）边界条件。对称边界条件施加在气缸盖、气缸体、螺栓的截面位置，如图10－7所示。

气缸盖在正常运行时受到的机械载荷主要是螺栓预紧力和燃气压力。螺栓预紧力是集中力且保持不变，而燃气压力是均匀分布的面力，且随工作循环周期性波动。

图10－6　固定约束

A—固定约束－螺栓底面；B—固定约束－气缸体底面；C—固定约束－气缸套底面

图10－7　对称约束

1.螺栓预紧力

气缸盖通过螺栓与气缸体相连接，在装配过程中会产生很大的预紧力。在仿真计算时，通过在螺栓上施加预紧载荷来模拟螺栓的紧固力。预紧力的大小可以通过螺栓伸长量来计算，计算公式为

式中，P——螺栓预紧力；

Δl——螺栓伸长量；

ET——螺栓材料杨氏弹性模量；

AT——螺栓有效横截面积；

lT——螺栓有效长度。

如果螺栓伸长量未知，那么可以通过安装扭矩来计算螺栓预紧力大小，计算公式为(www.xing528.com)

式中，T——拧紧力矩；

D——螺栓孔直径；

d——螺栓的螺纹直径；

fc——螺母与支撑面间的摩擦系数，一般计算中为0.15；

ρ——螺纹升角；

λ——螺纹副当量摩擦角。

2.燃气压力

气缸盖强度分析时，通常在火力面直接施加稳定工况下缸内燃气爆发压力进行计算。将燃气压力均匀作用在气缸盖火力面上，如图10－8所示。

图10－8　火力面燃气压力

3.接触边界条件

若模型中存在多个部件，则在分析时需要确定部件之间的相互关系，建立各部件之间接触边界条件，包括：气缸盖与气缸体、气缸盖与气缸套、气缸盖与螺栓、气缸体与气缸套的面面接触边界。其中，气缸盖与气缸体、螺栓的接触如图10－9所示。

图10－9　接触定义

（a）气缸盖与气缸体接触；（b）气缸盖与螺栓接触