随着柴油机强化程度的不断提高,承受的机械载荷、热负荷大幅增加,工作环境越来越恶劣。当柴油机运转时,气缸套不仅受到缸盖螺栓预紧力、活塞往复运动带来的活塞侧击力,燃气压力而且还有燃气燃烧、冷却液冷却不均匀的影响,气缸套容易产生不规则变形。从而导致机油上窜到燃烧室中参与燃烧,产生大量的颗粒物,严重影响排放。因此,研究缸套变形对降低机油耗,提高缸内的密封性以及提高柴油机的经济性、可靠性、排放性能都具有重要意义。以某非道路高压共轨柴油机的干式缸套为研究对象,建立了有限元模型,系统分析了不同载荷对干式缸套的变形影响,基于正交设计研究了非结构参数对缸套变形的影响,通过傅里叶分解方法究了不同载荷对干式缸套的各阶次变形幅值的影响,具体研究内容如下:(1)搭建了机体-缸盖-缸套耦合模型,通过静力学计算研究了预紧工况下缸套变形规律,提取第三缸变形特征进行了傅里叶分解研究了缸盖螺栓预紧力对缸套不同阶次的变形影响。研究表明:缸套受到螺栓预紧力以及过盈配合的影响下自缸套顶面至缸套底部逐渐变小,而缸套的长度超出了机体缸孔的长度,缸套底部暴露再机体外部,缸套底部的变形量略微增大。缸套变形的最大值出现在第一缸的上部的90°区域,变形量约为5.2μm,缸套的最小变形出现在第三缸的上部180°区域,变形量为1.8um;未施加过盈量情况下,四个缸套的综合变形量的不均匀性,随着缸套深度增加,缸套的变形量自上而下逐渐变小,径向上,变形量由第二缸第三缸的中间逐渐向第一缸第四缸变大,最大变形量出现在第四缸上部的90°区域,变形量为0.86μm;最大变形量出现于第三缸上部的180°区域,变形量为0.4μm。螺栓预紧力对缸套的不同位置傅里叶分解不同阶次幅值的影响不同,其中螺栓预紧力对缸套的二阶变形的影响随着距离缸套顶部越远,影响先增大后减小;在三阶变形中,螺栓预紧力对缸套顶端影响最大,随着深度的增加,变形量逐渐变小;螺栓预紧力对四阶变形的影响与三阶相似。(2)基于正交设计方法研究了非结构参数对缸套预紧变形的影响以及对傅里叶分解不同阶次幅值的影响。研究表明:螺栓预紧力对缸套变形的影响最大,缸套变形随螺栓预紧力的增大而增大,而缸垫刚度与摩擦系数对各评价指标的影响相比于螺栓预紧力不明显,存在某一取值时,缸套变形最小;螺栓预紧力对二阶、三阶、四阶变形的影响最大,随着螺栓预紧力的增大,各阶次变形幅值也增大,而缸垫刚度与摩擦系数对各阶次变形幅值的影响不明显。(3)应用流固耦合传热计算方法,研究了缸套在热负荷作用下产生的变形及热负荷对缸套傅里叶分解不同阶次幅值的影响规律。研究表明:从轴向上看,距离缸套顶面远的区域,所受到热负荷的影响越小。其中,一缸与四缸、二缸与三缸的变形在径向上呈对称式分布。通过傅里叶分解,发现热负荷对缸套的不同阶次影响并不相同,对于缸套的二阶变形影响随着距缸套顶部的距离增加而减小;对于三阶变形与四阶变形,对缸套顶部的变形量影响较大,随着缸套深度的增加,变形量逐渐降低,底部的变形量发生略微增大,但数量级相对较小。(4)通过热负荷下缸套变形的最大膨胀变形与最大压缩变形以及傅里叶分解不同阶次变形的对比分析,发现热负荷对缸套的一阶变形、二阶变形影响最大,以偏心变形、椭圆变形为主。对比预紧工况下的缸套变形及傅里叶分解不同阶次变形,热负荷下的二阶变形、三阶变形明显大于预紧工况下的二阶变形与三阶变形;四阶变形数量级相同,热负荷情况下的四阶变形幅值比预紧工况的四阶变形略大;预紧工况对缸套变形主要以偏心变形,椭圆变形、三瓣变形、与四瓣、五瓣变形为主,热负荷对缸套的变形主要以偏心变形、椭圆变形为主。(5)对比分析不同气缸爆发情况下热机耦合对缸套的傅里叶分解不同阶次变形的影响,热机耦合下缸套变形与热负荷下的缸套变形分布类似,在径向上,一缸与四缸、二缸与三缸的变形呈对称式分布。不同缸爆发时,各缸综合变形量差异不大,缸套的最大变形都位于第一缸的270°顶面与第四缸的90°顶面,最小变形都是在第二缸与第三缸的底部。不同缸爆发时,第三缸缸套的二阶变形与四阶变形中发生压缩变形与膨胀变形的相位基本一致;当第三缸爆发时,对缸套顶面的二阶变形幅值、三阶变形幅值的影响较大,对四阶变形幅值影响较小。