摘要
内燃机功率密度与热效率的持续提升，使得缸套热负荷与机械载荷显著加剧，传统冷却系统与材料体系面临严峻挑战。本文针对发动机缸套的冷却性能与结构可靠性，开展基于有限元仿真的优化设计研究。通过建立轴对称简化模型，结合流固耦合分析方法，系统评估缸套在热-机载荷作用下的变形、应力及应变分布规律。研究重点聚焦于结构拓扑优化与材料性能提升，采用局部增厚与减薄的协同设计策略重构应力传递路径，并通过铝合金向不锈钢的材料替代实现刚度强化。仿真过程中集成ANSYS Workbench平台的多物理场分析功能，优化网格划分策略与边界条件设置，构建高精度数值模型以平衡计算效率与精度需求。
优化方案有效抑制缸套中部非约束区域的径向变形，显著降低内壁过渡圆角处的应力集中效应，验证了结构-材料协同优化的可行性。研究表明，冷却水道布局与热传导特性对局部应变梯度具有调控作用，而材料应变硬化行为可扩展弹性变形容限。该研究为高功率密度发动机缸套的轻量化设计与热管理优化提供了理论依据，在提升摩擦副寿命、降低碳排放方面具有工程应用价值。未来需结合瞬态动力学分析与智能热管理技术，进一步探索高频交变载荷与极端温度工况下的缸套服役性能，推动内燃机冷却系统向高效化、智能化方向发展。
关键词：发动机缸套；结构设计；仿真分析
目录
摘 要 - 1 -
1 绪论 - 5 -
1.1 选题的背景 - 5 -
1.2 选题的意义 - 5 -
1.3 国内外研究现状 - 6 -
1.3.1国内研究现状 - 6 -
1.3.2国外研究现状 - 8 -
1.4主要研究内容 - 9 -
1.5本章小结 - 9 -
2 液态氢罐结构设计 - 11 -
2.1氢物性参数 - 11 -
2.2 储氢罐设计理论基础 - 12 -
2.2.1储氢罐筒身理论 - 12 -
2.2.2储氢罐封头理论 - 13 -
2.3总体方案 - 15 -
2.4本章小结 - 15 -
3 氢罐静力学仿真分析 - 17 -
3.1 有限元单元法概述 - 17 -
3.2 有限元软件概述 - 17 -
3.3 氢罐筒体静力学分析 - 18 -
3.3.1 有限元模型简化 - 18 -
3.3.2 材料选择 - 18 -
3.3.3 网格划分 - 19 -
3.3.4 约束载荷施加 - 20 -
3.3.5 结果分析 - 20 -
3.4支座静力学分析 - 22 -
3.4.1 有限元模型简化 - 22 -
3.3.2 材料选择 - 22 -
3.3.3 网格划分 - 23 -
3.3.4 约束载荷施加 - 24 -
3.3.5 结果分析 - 25 -
3.4 本章小结 - 27 -
4氢罐模态仿真分析 - 28 -
4.1模态仿真基础 - 28 -
4.2 氢罐有限元分析 - 28 -
4.2.1 有限元模型简化 - 28 -
4.2.2 材料选择 - 28 -
4.2.3 网格划分 - 28 -
4.2.4 约束载荷施加 - 30 -
4.2.5 结果分析 - 30 -
4.3本章小结 - 34 -
结 论 - 35 -
参考文献 - 37 -
谢 辞 - 39 -
说明书
三维模型
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