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发动机怎么就会漏油呢?强度性能开发工程师这么看

5年前浏览3534

《66万买奔驰还没开就漏油》相信大家都知道了!随着央视、新华网和人民日报的专题报道,4S店的种种不端被点名批评,各类媒体平台纷纷报道,负面舆情直指奔驰官方、4S店和市场监管部门。它正在演绎一场来自普通**事件的全网集体**。

“所谓你只管善良,老天自有考量,纯属安慰自己的鬼话!善良遇上流氓,只有两种选择:变成泼妇闹,或者忍气吞声”!

“我们想做一个有素质的公民,可是很多时候社会的现实欺人太甚,永远欺负好说话的人,越闹才能得到妥善处理。学了这么多年的学,高等教育,却要最终大闹来解决问题,这真是奇耻大辱!“

”按闹分配!广大小老百姓的**就是这么难,老百姓遇到难题第一时间想的是如何通关系,因为别的都不好使,一个受过高等教育的弱女子生生逼成了“泼妇”!相关部门,相关地方官,别口口声声把为人民服务挂在嘴边却不干实事!“

随着事件的发酵,“以闹分配”的特殊境遇终究落地。日前涉事车主与奔驰方面达成了8点协议,让略显迟缓但结果良好的将此事,有了一个终结。

但作为强度性能开发工程师,并且还是汽车圈内人,对于这个事件,有一个专业问题需要向公众解释,发动机怎么就会漏油了呢?
因为专业敏感度的原因,本文创作从密封性能实现的角度,进行了一个简单模型的典型计算。以试图定性的展示一些,保证密封性能的基本结果和影响规律。

本文总体思路是,进行三维建模并导入仿真软件,在一侧壳体设置固定约束,另一侧内表面设置压力荷载,以模拟运行时的工况。对每个螺栓设置梁单元,并通过2个荷载步加载螺栓预紧力,又在第3个荷载步加载内压力荷载。对垫片两面,设置摩擦系数0.1的摩擦接触。计算完成后,查看变形与密封面的接触压力结果并评定。
首先进行建模。两端采用薄板法兰形式建立壳体模型,中间建立较薄的垫片。


在材料属性中,对上下壳体使用软件默认的结构钢。

中间垫片模型新建一个材料,并设置成近似硬质塑料的弹性模量、泊松比、密度等属性。

采用总体2mm网格,利用二阶四面体网格建立两端顶盖模型;垫片部分0.4mm,二阶六面体。在其中一个壳体与垫片的接触面,设置单元细化2级。


局部放大显示一下网格剖分情况。其中垫片部分厚度方向2层6面体单元。细化单元一侧,顶盖模型的厚度方向有2层4面体单元。


网格划分后总体单元数21万个,节点数77万个。属于中等计算规模。


下面设置荷载与边界条件。在非细化网格一侧的壳体底部,设置固定位移约束;在细化网格壳体内表面,设置0.01mpa内压力荷载。在每一个螺栓孔,设置2mm直径梁单元,并采用螺栓预紧力方法,设置1000牛顿预紧力。

分别采用3个荷载步进行逐步加载,下面为每个荷载步的具体设置。

在第一个荷载步的螺栓预紧力荷载设置中,添加1000牛的轴向预紧力,第二个荷载步锁定该预紧力。

在第3个荷载步中,在壳体内表面添加压力荷载。


保存项目文件,进行求解并查看求解信息中的力的收敛历史。其计算过程十分顺畅。

在19版本开始,在求解信息中,新增了一条求解状态信息栏。其可以更加方便的查看计算信息。本案例在共计24个物理核心的志强2696v2版本的CPU及76G内存与120G+240G固态硬盘的工作站上,调用23核心并持续满负荷的运行了6小时,才完成收敛。


完成后提取总体变形结果。在螺栓间距较大的位置,顶盖变形达到7微米以上。


将局部模型放大100倍变形后可以发现,螺栓位置向中心挤压,而顶盖密封面,在两组螺栓中间位置,存在一定的翘曲。而如果翘曲量较大,则可能因为密封面丧失接触压力,而产生漏油隐患。


提取密封面接触状态结果。其红**域为相对密封贴合较好区域。在螺栓间距较大的位置,大范围出现黄色的缝隙情况,这不利于密封性能的实现。

在模型下方密封面,被设计成折线形。图中红色虚线,为两个螺栓连接的直线位置。当拧紧螺栓时,在虚线位置连贯成预紧压力线。而折线的密封面,远离了该压力线范围,将在拐角处容易丧失接触压力。


对于密封计算而言,更为直接的参数是接触压力的分布。本案例在螺栓间距较大以及折线区域远离接触线位置,均大范围出现接触压力为零的情况。这些位置将丧失密封能力。


继续提取接触压力大于0.5Mpa的区域。

假设当前密封垫片性能及对应工况下,保证密封不漏油,需要使得接触面的接触压力,大于0.5mpa,并且大于该压力的范围,应连贯是我们判断是否密封设计合格的条件的话。

下图中只有3-4号螺栓中间以及5-6号螺栓中间位置满足以上要求;而1-6号螺栓中间的接触压力仅局部满足大于0.5mm;在接近1号螺栓位置接触压力基本丧失,故该处容易形成漏油点;4—5号螺栓中间位置,折线拐角处接触压力快速丧失,也会形成泄露风险;在2-3号和1-2号螺栓中间,完全没有接触压力,如果该处有机油,则泄露风险极大。

本文通过简单定性计算的方法,展示了密封计算仿真的基本流程和评定方式。并利用接触状态和接触压力结果,进行了密封效果的简单评判。基本规律为,如果其他条件不变时,螺栓间距增大到一定程度,则螺栓中间的接触压力,将丧失到低于某个临界值,以及当接触面出现折线,并明显偏离螺栓接触线时,也会在拐角处丧失接触压力。也许接触压力的丧失,是西安女生的奔驰新车漏油的原因。

本文仅仅通过最简单最基本的案例,进行了思路方面的展示。如需考虑更为细致,推荐参考美国ASME规范的压力容器设计规范的法兰设计部分。其定义了利用垫片系数、比压力、密封宽度、装配状态下螺栓预紧力计算、工作状态螺栓预紧力计算、法兰刚度计算等参数,的一种保证密封性能的算法。

更为专业的推荐是,采用德国VDI2230规范其在行业内几乎就是绝对权威的存在。一般应进行13个步骤的计算,方可在考虑结构尺寸、压力锥范围、因为螺栓刚度、密封面压溃、温差、外力等作用等,而对轴向压紧力影响的计算公式,并可以考虑不同预紧方法,如扭矩法及扭矩+转角法等及不同预紧工具,对实际有效轴力影响的各种计算方法与公式等。属于十分专业细致,也较难掌握的计算方法。

希望本文能帮助大家,更好的通过仿真的视角,评价和审视本次漏油事件。

WorkbenchMechanical结构基础静力学通用汽车化机
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首次发布时间:2019-04-20
最近编辑:5年前
刘笑天
本科 | 电驱动系统强... 笑看天云谈,选择比努力更重要
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