边界条件

网格化分：

机体网格划分采用四面体网格。上部采用6mm网格，下部采用8mm网格，与缸套接触部分采用2mm网格，共有382111个单元，网格模型如图3和图4所示。缸套网格划分主要采用六面体2mm网格，4个缸套共有309472个单元，网格模型如图5所示。缸盖螺栓网格划分采用六面体4mm网格，18个螺栓共有13896个单元，网格模型如图6所示。缸垫网格划分采用六面体4mm网格，共有4075个单元，网格模型如图7所示。等效缸盖网格划分采用四面体7mm网格，共有186582个单元，网格模型如图8所示。总体计算网格模型如图9所示，共有896136个单元。

边界条件：

1 位移边界条件

机体底部约束为零

2 力边界条件

气缸套受力主要有装配应力、燃气压力、热应力和活塞侧向力。

2.1螺栓预紧力

螺栓预紧力通过拧紧力矩获得。根据YN33柴油机的螺栓拧紧力矩和螺栓结构尺寸计算得到螺栓预紧力为62490N。

2.2活塞对缸套的侧向力

活塞对缸套侧向力采用曲轴转角81°时的工况。假定力边界条件为：载荷沿缸套轴线方向按二次抛物线规律分布；沿缸套圆周120°角范围内按余弦规律分布。

选择侧击力影响最大位置进行研究，经过分析，选定1缸曲轴转角24°（活塞位于最大爆发压力处）、81°（活塞位于行程中间位置）时的工况进行研究，此时活塞对缸套的侧向力和侧向压力幅值如表1所示。加载边界条件时取L=43.5，x=0的位置为活塞销的位置。

表1 气缸套壁面加载的活塞侧向力

注：正值表示活塞侧向力作用在主推力侧，负值表示活塞侧向力作用在次推力侧。

2.3 缸套壁面的气体作用力

表2 一缸气缸套壁面加载的气体压力

热应力由温度边界条件计算得到温度场后施加到机械应力分析中进行热力耦合计算。

3 接触边界条件

主要接触对有：气缸盖与气缸垫、气缸盖与气缸套、气缸垫与机体、气缸垫与缸套、气缸套与机体、气缸盖与预紧螺栓下端面、预紧螺栓螺纹与机体螺栓孔螺纹。

4 温度边界条件

常见的导热特征边界条件有：第1类边界条件——恒定温度；第2类边界条件——热流密度；第3类边界条件——对流。本文研究机型选用采用第三类边界条件。

4.1气缸套温度边界条件

表3 AB段加载的热边界条件

表4 其他段加载的热边界条件

缸盖温度边界条件

缸盖暴露于大气环境中，其表面与周围环境换热极为微弱，因此换热系数不大，本次计算取23 W/m2·℃，环境温度取25℃。

4.2机体温度边界条件

机体外表面暴露于大气环境中，本次计算取23 W/m2·℃，环境温度取25℃。机体水套部分换热系数取1524 W/m2·℃，介质温度为85℃

5.材料属性

YN33柴油机缸盖和机体材料均为灰铸铁HT250，气缸套材料为钒钛铸铁。对于气缸垫，其力学特性是非线性的，但其非线性区域为变形量大于0.35mm，本计算变形量不会超过该区域，所以气缸垫的性能参数取为常数。本文采用mm-N-s单位制。由于缺少钒钛铸铁资料，当前计算中，气缸套和气缸垫按照HT250的材料属性进行计算。缸盖螺栓材料为40Cr。各部分材料属性表5所示。

表5 各部件材料属性