一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置及方法，对出油阀偶件构建三维数学模型；将三维数学模型导入有限元分析平台，进行模型几何前处理、材料属性分配、接触对匹配、网格划分和约束添加；根据出油阀偶件的工作条件设置外载荷进行瞬态动力学计算；通过计算结果获取出油阀座面的瞬态受力分布情况；基于出油阀座面高循环次数工作，建立出油阀座面疲劳失效分析模型；以瞬态动力学计算结果作为疲劳失效分析的载荷条件，计算出油阀座面疲劳安全系数；通过改变材料属性、出油阀座面结构、外载荷条件得到出油阀座面的受力分布规律。本发明专利技术避免反复试验和镜像分析，成本低、时间短，操作方便快捷，为出油阀座面性能评估提供了良好方案。案。
【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置及方法
[0001]本专利技术属于柴油机高压共轨燃油泵
，特别涉及一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置及方法。
技术介绍
[0002]高压油泵是高压共轨喷油系统的重要组成部分，它将发动机的机械能转化成液体的压力能，燃油经压缩通过出油阀流向共轨管。具体而言，凸轮轴旋转驱动柱塞进行直线往复运动，当工作容积变大时，燃油通过进油阀被吸入；当工作容积被压缩时，燃油迅速增压直到超过当前轨压，燃油压力差驱使出油阀打开燃油流入共轨管。
[0003]出油阀腔的密封球是保证开启与关闭高压燃油的关键部件。当柱塞腔内油压大于轨压时密封球打开，燃油从柱塞腔经由出油阀偶件进入共轨管中；当柱塞腔内油压小于轨压时密封球在很短的时间内以一定的速度落座到出油阀座面，关闭柱塞腔和出油阀腔的燃油流通从而保证密封性。由于作用时间很短，密封球和出油阀座面之间将会产生冲击，直接影响出油阀座面的强度，产生座面磨损和座面开裂，造成高压油泵性能失效。
[0004]现有方法通过反复试验和失效分析来验证座面性能是否可靠，但试验成本高耗时长，泛用性不足，有限元方法在座面性能分析和预测中效果显著，因此提出有限元法解决以上问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置及方法，以解决现有技术中出油阀座面性能评估困难的问题，可以节约试验成本，提升分析效率。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，包括：构建模块，用于构建出油阀偶件三维数学模型；导入设置模块，用于将所述三维数学模型导入到有限元分析平台进行计算参数设置，包括模型几何前处理、材料属性分配、接触对匹配、网格划分和约束添加；计算模块，用于针对出油阀座面实际边界条件设置外载荷进行瞬态动力学计算；分析模块，用于通过瞬态动力学计算结果获取出油阀座面的瞬态受力分布情况；疲劳寿命模块，用于基于出油阀座面高循环次数工作，建立出油阀座面疲劳失效分析模型；安全系数模块，用于以所述瞬态受力分布结果作为疲劳失效分析模型的载荷条件，获得疲劳安全系数计算结果；参数化模块，用于通过改变出油阀座面和密封球材料属性、出油阀座面结构、外载荷条件得到出油阀座面的受力分布规律；进一步地，所述导入设置模块包括：几何前处理单元，用于对出油阀座面和密封球相接触部位进行几何分区；材料属性单元，用于对出油阀座面和密封球进行材料属性分配，包括密度、弹性模
量、泊松比；接触匹配单元，用于设置接触对，包括匹配出油阀座面和密封球的主面和从面、设置摩擦系数、选择接触算法；网格单元，用于对出油阀座面和密封球划分二阶四面体十节点单元网格，接触对区域网格加密，确保三维网格质量整体良好边界单元，用于根据实际工作状态添加约束边界，包括将柱塞套安装面设定为固定约束。
[0007]进一步地，所述计算模块包括：载荷单元，设置外载荷为密封球落座速度、出油阀腔内油压、柱塞腔油压和出油阀弹簧力；分析设置单元，用于设置时间步长、迭代时间，选取求解器；收敛单元，用于评判计算中力和位移的残差值均小于对应的收敛容差值时计算收敛。
[0008]进一步地，所述疲劳寿命模块用于在所述瞬态动力学计算结果中添加疲劳计算模块，选择高周疲劳寿命分析，输入对应材料S
‑
N曲线即材料疲劳强度性能曲线，设置循环次数、材料表面处理特性。
[0009]进一步地，所述安全系数模块用于将所述瞬态动力学计算结果中的压应力最大值和最小值作为疲劳分析的交变载荷输入条件，计算出油阀座面的疲劳安全系数。
[0010]进一步地，所述分析模块包括：冲击力参数，用于获取出油阀座面冲击力分布情况；接触应力参数，用于获取出油阀座面接触应力分布情况；压应力参数，用于获取出油阀座面压应力分布情况；接触带范围参数，用于获取出油阀座面接触带宽度和密封完整性情况。
[0011]进一步地，所述参数化模块包括：密封球材料密度，用于改变密封球材料密度得到出油阀座面随密度变化的受力分布规律；出油阀座面角度，用于改变出油阀座面角度得到出油阀座面随角度变化的受力分布规律；密封球落座速度，用于改变密封球落座速度得到出油阀座面随落座速度变化的受力分布规律。
[0012]进一步地，所述三维数学模型通过三维软件Creo构建，所述有限元分析平台软件为Ansys Workbench。
[0013]一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估方法，包括以下步骤：S1：对出油阀偶件构建三维数学模型；S2：将所述三维数学模型导入有限元分析平台，并进行模型几何前处理、材料属性分配、接触对匹配、网格划分和约束添加；S3：根据所述出油阀偶件的工作条件设置对应的外载荷进行瞬态动力学计算；S4：通过瞬态动力学计算结果获取出油阀座面的瞬态受力分布情况；S5：基于出油阀座面高循环次数工作，建立出油阀座面疲劳失效分析模型；S6：以所述瞬态受力分布结果作为疲劳失效分析模型的载荷条件，计算出油阀座面疲劳安全系数；若疲劳安全系数满足行业标准，则结束评估，若不满足，则转步骤七；S7：通过分别改变材料属性、出油阀座面结构、外载荷条件得到出油阀座面的受力
分布规律，并转步骤四。
[0014]进一步地，步骤二中，所述模型几何前处理为对出油阀座面和密封球相接触部位进行几何分区；所述材料属性分配为对出油阀座面和密封球进行材料属性分配，包括密度、弹性模量、泊松比；所述接触对匹配包括匹配出油阀座面和密封球的主面和从面、设置摩擦系数、选择接触算法；所述网格划分为对出油阀座面和密封球划分二阶四面体十节点单元网格，接触对区域网格加密，确保三维网格质量整体良好；所述约束添加为根据实际工作状态添加约束边界，包括：将柱塞套安装面设定为固定约束。
[0015]进一步地，步骤三中，所述外载荷包括密封球落座速度、出油阀腔内油压、柱塞腔油压和出油阀弹簧力，针对所述外载荷设置时间步长、迭代时间，选取求解器，计算中力和位移的残差值均小于对应的收敛容差值时计算收敛。
[0016]进一步地，步骤四中，所述瞬态受力分布情况包括出油阀座面冲击力分布情况、接触应力分布情况、压应力分布情况和接触带宽度。
[0017]进一步地，步骤五中，所述疲劳失效分析模型包括在所述步骤三中瞬态动力学计算结果中添加疲劳计算模块，选择高周疲劳寿命分析，输入对应材料S
‑
N曲线即材料疲劳强度性能曲线，设置循环次数、材料表面处理特性。
[0018]进一步地，步骤六中，将所述步骤三中瞬态动力学计算结果中的压应力最大值和最小值作为疲劳失效分析的交变载荷输入条件，计算出油阀座面的疲劳安全系数。
[0019]进一步地，步骤七中，通过分别改变密封球材料密度、出油阀座面角度、密封球落座速度分析出油阀座面受力分布规律。
[0020]进一步地，所述三维数学模型通过三维软件Creo构建，所述有限元分析平台为Ansys Workbench。
[0021]本专利技术原理：将瞬态动力学计算与疲劳寿命分析结合起本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，其特征在于：包括以下几个模块：构建模块，用于构建出油阀偶件三维数学模型；导入设置模块，用于将所述三维数学模型导入到有限元分析平台进行计算参数设置；计算模块，用于针对出油阀座面实际边界条件设置外载荷进行瞬态动力学计算；分析模块，用于通过瞬态动力学计算结果获取出油阀座面的瞬态受力分布情况；疲劳寿命模块，用于建立出油阀座面疲劳失效分析模型；安全系数模块，用于以瞬态受力分布结果作为疲劳失效分析模型的载荷条件，获得疲劳安全系数计算结果；参数化模块，用于通过改变出油阀座面和密封球材料属性、出油阀座面结构、外载荷条件得到出油阀座面的受力分布规律。2.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，其特征在于：所述导入设置模块包括：几何前处理单元，用于对出油阀座面和密封球相接触部位进行几何分区；材料属性单元，用于对出油阀座面和密封球进行材料属性分配，包括密度、弹性模量、泊松比；接触匹配单元，用于设置接触对，包括匹配出油阀座面和密封球的主面和从面、设置摩擦系数、选择接触算法；网格单元，用于对出油阀座面和密封球划分二阶四面体十节点单元网格，接触对区域网格加密；边界单元，用于添加约束边界，包括将柱塞套安装面设定为固定约束。3.根据权利要求1或2所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，其特征在于：所述计算模块包括：载荷单元，设置外载荷为密封球落座速度、出油阀腔内油压、柱塞腔油压和出油阀弹簧力；分析设置单元，用于设置时间步长、迭代时间，选取求解器；收敛单元，用于评判计算中力和位移的残差值均小于对应的收敛容差值时计算收敛。4.根据权利要求3所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，其特征在于：所述疲劳寿命模块用于在所述瞬态动力学计算结果中添加疲劳计算模块，选择高周疲劳寿命分析，输入对应材料S
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N曲线即材料疲劳强度性能曲线，设置循环次数、材料表面处理特性；所述安全系数模块用于将所述瞬态动力学计算结果中的压应力最大值和最小值作为疲劳分析的交变载荷输入条件，计算出油阀座面的疲劳安全系数。5.根据权利要求1或4所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置，其特征在于：所述分析模块包括：冲击力参数，用于获取出油阀座面冲击力分布情况；接触应力参数，用于获取出油阀座面接触应力分布情况；压应力参数，用于获取出油阀座面压应力分布情况；接触带范围参数，用于获取出油阀座面接触带宽度和密封完整性情况；所述参数化模块包括：密封球材料密度，用于改变密封球材料密度得到出油阀座面随密度变化的受力分布规
律；出油阀座面角度，用于改变出油阀座面角度得到出油阀座面随...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小青，朱思宇，黄见，柯岳龙，彭正东，
申请(专利权)人：思达耐精密机电常熟有限公司，
类型：发明
国别省市：
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