气缸盖温度谱描述的是其温度变化的时间历程曲线,曲线上的峰谷值点代表温度波动的最大值和最小值,在该最大值和最小值处会对应产生气缸盖应力波动的峰谷值。所谓气缸盖温度序列谱,是指将气缸盖温度波动的峰值和谷值提取出来,而不考虑温度变化的时间历程。
根据疲劳损伤理论,对结构造成损伤的是其应力构成的载荷循环,而根据过渡工况气缸盖温度场和热机耦合应力场的仿真结果可知,除了起动工况初期存在应力释放外,在其余运行阶段的工况过渡过程中温度与应力之间存在一个规律:气缸盖温度达到最高时;气缸盖的热机耦合应力达到最高,气缸盖温度降到最低时,气缸盖的热机耦合应力也下降到最低。所以热机耦合应力载荷循环的峰谷值是由气缸盖温度的最高值与最低值相对应的,对于气缸盖的温度谱来说,就可以忽略温度变化的过程,而只考虑其峰谷值点,编制气缸盖的温度序列谱。对加重后的气缸盖温度谱进行峰谷值检测,只保留峰谷值点,编制相应的气缸盖温度序列谱,如图10-31所示。
图10-31 气缸盖温度序列谱
温度序列谱适用于采用温度控制模式的热冲击试验。所谓温度控制模式,就是在集成化软件上设置监控点(如火力面“鼻梁区”)的最高温度和最低温度。当监测点温度达到设置的最高温度时,集成化软件负责关闭加热系统(目前常用的有高频感应加热、电加热、红外加热等加热方式),同时开启冷却系统;当监测点温度降到设置最低的温度时,集成化软件开启加热系统,关闭冷却系统,使监测点温度达到预先设定的温度。
温度序列谱的优势在于两方面。一方面,它可以方便地对温度峰谷值数据进行修正。例如,可以考虑燃气周期性瞬态热冲击的影响,对最大次循环(怠速-额定-怠速)的温度峰谷值修正。通过气缸盖周期性瞬态温度场计算,对于峰值点来说,额定工况时缸内燃气周期性加热作用造成的温度波动峰值比稳态计算结果高出约13.53℃;对于谷值点,怠速工况时燃气周期性加热作用造成的温度波动谷值比稳态计算结果低约1.42℃。考虑燃气周期性瞬态热冲击时最大次循环的温度变化幅值将增加14.95℃,如图10-32所示。
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图10-32 温度序列谱峰谷值修正(书后附彩插)
另一方面,在试验时根据需要将温度序列谱设计为多种波形的温度谱。例如,在研究蠕变问题时,可以考虑温度保持时间,将温度序列谱改为梯形温度谱,如图10-33所示,图中的Δt1、Δt2分别为温度上升段和下降的段持续时间,Δt3、Δt4分别为峰值温度、谷值温度的保持时间;又如,可以考虑由工作循环造成的高频瞬态热冲击的影响,在梯形谱的基础上叠加锯齿波进行峰谷值修正,如图10-34所示。
图10-33 含保载时间的气缸盖温度谱
图10-34 考虑保载时间及瞬态热冲击影响的气缸盖温度谱
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