本发明专利技术公开了一种自增强高压油管的设计方法及自增强高压油管，包括:S1:设置高压油管的结构尺寸及材料参数；S2:设置高压油管厚度方向的弹塑性区分界面半径；S3:计算自增强压力；S4:计算弹性区和塑性区应力分布；S5:计算高压油管厚度方向的残余应力分布；S6:判断残余应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回S2；若为弹性，则执行S7；S7:计算高压油管在工作压力下的总应力；S8:判断总应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回S1，即调整高压油管的结构尺寸和/或材料参数；若为弹性，则执行S9；S9:确定自增强高压管的结构参数。本发明专利技术能够确保设计的自增强高压油管的使用寿命长。够确保设计的自增强高压油管的使用寿命长。够确保设计的自增强高压油管的使用寿命长。
【技术实现步骤摘要】
自增强高压油管的设计方法及自增强高压油管
[0001]本专利技术属于柴油发动机
，具体涉及一种自增强高压油管的设计方法及自增强高压油管。
技术介绍
[0002]高压油管是柴油发动机燃油喷射系统的重要零件之一，它的作用是连接喷油器和喷油泵。随着船用柴油机强化指标持续增加,柴油机喷油压力大幅提高,相应高压油管承压也大幅增加,导致高压油管内壁产生较大应力,且应力分布沿壁厚方向极不均匀。在较高工作压力作用下,高压油管内壁有可能因高应力发生塑性变形,而外壁应力可能仍然很低。在柴油机高频工作时,尤其是高压油管如果工作在非弹性范围内,高压油管易发生低周疲劳破坏,使用寿命将大大受到影响。
[0003]为了降低高压油管在工作时的应力水平，可以增加壁厚或优化制造工艺。如果一味地增加壁厚，随着柴油机喷油压力的提高,无限制增加高压油管壁厚,会使得管壁压力分布更不均匀，材料消耗增加，外径尺寸过大,使得在柴油机上设计布置和安装维修困难。另一方面，高压油管壁厚过大,材料加工制造困难,且难以获得无缺陷、性能均匀的材料，生产制造过程中产生的微小内部缺陷引起的局部应力集中往往会大幅降低材料的疲劳强度。因此，采用优化制造工艺，即对高压油管进行自增强才是更合理的选择。
[0004]在自增强的应用方面主要是提高压力容器的强度及安全性，如专利文献CN101338817B公开的一种安全的自增强压力容器，用于提高容器的安全性与承载能力，仅讨论了确定塑性区深度的计算公式，而柴油发动机自增强高压油管设计不仅仅考虑塑性区深度，还需考虑材料和结构因素。在柴油机自增强高压油管设计方面，尚缺乏系统应用自增强理论详细设计高压油管，在柴油发动机自增强高压油管设计过程中不但要考虑自增强时不发生反向压缩塑性变形，同时也要考虑工作时不发生塑性变形。
[0005]因此，有必要开发一种自增强高压油管的设计方法及自增强高压油管。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种自增强高压油管的设计方法及自增强高压油管，以确保设计的自增强高压油管的使用寿命长。
[0007]第一方面，本专利技术所述的一种自增强高压油管的设计方法，包括以下步骤：
[0008]S1:设置高压油管的结构尺寸及材料参数；
[0009]S2:设置高压油管厚度方向的弹塑性区分界面半径；
[0010]S3:基于设置的高压油管的结构尺寸及材料参数和弹塑性区分界面半径，计算自增强压力；
[0011]S4:对高压油管施加自增强压力，高压油管的内壁区域发生局部塑性变形，计算弹性区和塑性区应力分布；
[0012]S5:卸载高压油管的自增强压力，并计算高压油管厚度方向的残余应力分布；
[0013]S6:判断残余应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回步骤S2，即通过调整高压油管厚度方向弹塑性区分界面半径来改变增强压力；若为弹性，则执行步骤S7；
[0014]S7:对自增强后的高压油管再施加工作压力，计算高压油管在工作压力作用下的总应力；
[0015]S8:判断总应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回步骤S1，即调整高压油管的结构尺寸和/或材料参数；若为弹性，则执行步骤S9；
[0016]S9:确定自增强高压管的结构参数。
[0017]可选地，所述步骤S1中的高压油管的结构尺寸及材料参数包括高压油管的外半径、内半径、屈服应力、弹性模量和工作压力。
[0018]可选地，所述自增强压力的计算公式如下：
[0019][0020]其中，p
c
为自增强压力，σ
s
为高压油管的屈服应力，R0为高压油管的外半径，R
c
为高压油管的弹塑性区分界面半径。
[0021]可选地，所述步骤S6和步骤S8中，采用Von Mises强度理论计算的等效应力与屈服应力的比较结果判定材料的应力状态。
[0022]可选地，所述步骤S5中，基于Von Mises屈服失效判据的塑性区中残余应力为：
[0023][0024]弹性区中残余应力为：
[0025][0026]其中，σ
′
θ
为残余周向应力；σ
′
r
为残余径向应力；σ
′
z
为残余轴向应力；σ
s
为高压油管的屈服应力；R0为高压油管的外半径；R
i
为高压油管的内半径；R
c
为高压油管的弹塑性区分界面半径；r为高压油管的任意半径，R
i
≤r≤R0；当R
i
≤r≤R
c
时，表示塑料区，当R
c
＜r≤R0时，表示弹性区。
[0027]可选地，所述步骤S7中，对经过自增强的高压油管再加载工作压力，若加载之后材料的应力状态仍为弹性，则材料的总应力为塑性区和弹性区的残余应力和工作压力产生的弹性应力之和。
[0028]可选地，所述步骤S7中，基于Von Mises屈服失效判据的塑性区中总应力为：
[0029][0030]弹性区中总应力为：
[0031][0032]其中，σ
θ
为周向应力；σ
r
为径向应力；σ
z
为轴向应力；σ
s
为高压油管的屈服应力；R0为高压油管的外半径；R
i
为高压油管的外半径；R
c
为高压油管的弹塑性区分界面半径；当R
i
≤r≤R
c
时，表示塑料区，当R
c
＜r≤R0时，表示弹性区；
[0033]第二方面，本专利技术所述的一种自增强高压油管，自增强高压油管的结构参数满足采用如本专利技术所述的自增强高压油管的设计方法确定的自增强高压管的结构参数。
[0034]本专利技术具有以下优点：
[0035](1)本专利技术实现了柴油发动机自增强高压油管的快速设计。能够基于本专利技术所述的自增强高压油管设计方法直接确定高压油管自增强压力及高压油管结构参数。
[0036](2)本专利技术在柴油发动机自增强高压油管设计过程中，不仅考虑了自增强时不发生反向压缩塑性变形，同时还考虑了工作时不发生塑性变形，故通过本方法设计的自增强高压油管满足其在柴油发动机燃油喷射系统中的使用要求，比如：在工作压力作用下，自增强高压油管内壁应力会降低，厚度方向的应力分布变得比较均匀，能够全部维持在弹性范围内，弹性操作范围扩大，弹性承载能力提高，特别是在工作压力比使得未自增强高压油管的内壁开始发生屈服时的极限压力高时，自增强高压油管更能够满足使用要求。
[0037](3)采用本方法设计的自增强高压油管，其内壁存在压缩残余应力，工作时将使高压油管内壁平均应力降低，疲劳寿命也得到了显著提高。
附图说明
[0038]图1为柱坐标系；
[0039]图2为内压高压油管的弹塑性区；
[0040]图3为卸载过程的应力和应变图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自增强高压油管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:设置高压油管的结构尺寸及材料参数；S2:设置高压油管厚度方向的弹塑性区分界面半径；S3:基于设置的高压油管的结构尺寸及材料参数和弹塑性区分界面半径，计算自增强压力；S4:对高压油管施加自增强压力，高压油管的内壁区域发生局部塑性变形，计算弹性区和塑性区应力分布；S5:卸载高压油管的自增强压力，并计算高压油管厚度方向的残余应力分布；S6:判断残余应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回步骤S2，即通过调整高压油管厚度方向弹塑性区分界面半径来改变自增强压力；若为弹性，则执行步骤S7；S7:对自增强后的高压油管再施加工作压力，计算高压油管在工作压力作用下的总应力；S8:判断总应力引起的材料应力状态，若为塑性，则返回步骤S1，即调整高压油管的结构尺寸和/或材料参数；若为弹性，则执行步骤S9；S9:确定自增强高压管的结构参数。2.根据权利要求1所述的自增强高压油管的设计方法，其特征在于：所述步骤S1，所述高压油管的结构尺寸及材料参数包括高压油管的外半径、内半径、屈服应力、弹性模量和工作压力。3.根据权利要求1所述的自增强高压油管的设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述自增强压力的计算公式如下：其中，p
c
为自增强压力，σ
s
为高压油管的屈服应力，R0为高压油管的外半径，R
c
为高压油管的弹塑性区分界面半径。4.根据权利要求1所述的自增强高压油管的设计方法，其特征在于：所述步骤S6和步骤S8中，采用Von Mises强度理论计算的等效应力对比屈服应力来判定材料的应力状态。5.根据权利要求1所述的自增强高压油管的设计方法，其特征在于：所述步骤S5中，基于Von Mises屈服失效判据的塑性区中残余应力为：弹性区中残余应力为：
其中，σ
【专利技术属性】
技术研发人员：周家勇，郭元，李亚洲，陈康，袁海军，李栋，陈思睿，丁杨，
申请(专利权)人：重庆红江机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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