[发明专利]一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法

权利要求书

1.一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1瞬态运动分析

对高压气缸的有限元模型施加动态热边界条件，设定不同的高压气缸模型自由表面初始温度，以此获得高压气缸在不同自由表面初始温度下，瞬态运动中各个周期对应的温度分布模拟值和应力分布模拟值；

将不同自由表面初始温度下的瞬态运动的温度分布模拟值和应力分布模拟值分别拟合为温度分布函数和应力分布函数，将该温度分布函数和应力分布函数作为预测函数预测稳态运动周期中的温度分布场和应力分布，以此获得不同自由表面初始温度下的稳态运动中不同周期的温度分布预测值和应力分布预测值；

S2稳态运动分析

对高压气缸有限元模型施加稳态热边界条件，按照所瞬态运动设定的自由表面初始温度进行温度和应力的计算，获得在不同自由表面初始温度下的稳态运动中各个周期对应的温度分布的计算值和应力分布的计算值；

S3计算误差

在不同自由表面初始温度下，分别计算稳态运动各个周期的温度分布预测值和计算值之间以及应力分布的预测值和计算值之间的差值，以此获得预测值和计算值之间的误差，实现热应力分析。

2.如权利要求1所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S1中，根据不同自由表面温度下瞬态运动各个周期对应的应力分布模拟值，确定高压气缸模型中的危险区域，其中，危险区域为每个周期中应力峰值所对应的高压气缸模型中的区域。

3.如权利要求1或2所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S1中，所述动态热边界条件的设定包括：将所述高压缸的有限元模型设定为绝热模型，高压气缸的进排气腔满足第三类强制对流换热边界条件，高压气缸的自由表面满足第三类自然对流换热边界条件，高压气缸的压缩腔满足第三类强制对流换热边界条件和Woschni半经验公式得到的随周期变化的热边界条件。

4.如权利要求1所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S1中，求解所述应力场的分布模拟值采用热-机耦合计算的方法。

5.如权利要求4所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S1中，求解应力分布模拟值中，设定高压气缸的有限元模型的缸体法兰端面的边界条件是轴向位移分量为0，自由表面满足自由边界条件。

6.如权利要求1所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S2中，不同自由表面初始温度下，稳态运动中的温度分布计算值和应力分布的计算值相同。

7.如权利要求1所述的一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法，其特征在于，在步骤S3中，在计算误差时，在高压气缸的整个运动周期中选择一个周期i计算误差即可，其中周期i的选择按照下列方式进行：

首先，分别构建周期与温度和应力的二维平面图，其中，每个周期中选择该周期中的温度最大值或者应力最大值作为二维平面图中该周期对应的温度或应力；

其次，周期与温度以及周期与应力的二维平面图中曲率变化均为0对应的周期即为所需的周期i。