一种材料热物性参数和吸收率的校正方法

摘要

本发明公开了一种用于气缸盖或活塞激光热负荷试验的材料热物性参数和吸收率的校正方法，主要将实验和模拟计算相结合，通过多次实验和模拟计算，最终确定一组可用于此气缸盖或活塞激光热负荷的材料热物性参数和吸收率。此方法和规范具有成本低、效率高、模拟可靠性高的特点。

主权项

1.一种材料热物性参数和吸收率的校正方法，包括校正试验和模拟计算两部分，具体步骤如下：1）校正试验：将连续激光加载到气缸盖或活塞的完整表面上的某一位置，用测温仪测试光斑内某位置的温度，并记录温度到达热负荷温度所用时间及温度随时间变化关系；2）模拟计算：建立气缸盖或活塞三维有限元分析模型，加载与试验相同的激光参数，给定一组材料热物性参数和吸收率的初值，通过模拟计算测点温度，找到材料热物性参数和吸收率对气缸盖或活塞表面温度的影响规律；具体包括：i）根据气缸盖或活塞结构设计模型，建立三维有限元分析模型，进行网格划分，对气缸盖或活塞顶面细化以提高计算精度；加载热源参数选用试验中所用的光束参数，边界条件设定为：表面激光作用区域考虑了热源的加载及作用区域与外界的自然对流换热，对称面采用绝热边界条件：$-k\frac{\partial T}{\partial n}{|}_{\Gamma }=0$其它面与外界的自然对流换热为$-k\frac{\partial T}{\partial n}{|}_{\Gamma }=h_1(T-T_a)$其中k为导热系数，n为边界的外法线量，h₁为表面与外界的对流换热系数，T_a为初始温度，Γ为物体边界，方向为逆时针方向；根据材料热物性参数范围和经验设定一组材料热物性参数和吸收率的初值，加载试验中上升到热负荷温度的时间，计算测点温度值；ii）改变材料热物性参数和吸收率中的某项参数值，其他运算条件保持不变，计算测点温度值；与i）中结果进行比较，观察此项参数对温度的影响规律；同样方法，观察其他参数对温度的影响规律；3）将模拟计算结果与试验实测结果进行比较，结合材料热物性参数和吸收率对表面温度的影响规律，根据偏差对材料热物性参数和吸收率的数值进行校正；4）再次进行校正试验：将加载连续激光完全覆盖气缸盖或活塞的火力面，试验测试气缸盖表面关注部位的温度随时间变化关系，将模拟计算结果与试验结果进行比较，最终确定一组可用于此气缸盖或活塞激光热负荷的材料热物性参数和吸收率。