基于溫度試驗(yàn)與熱力耦合仿真對活塞結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及疲勞壽命預(yù)測.pdf

1、本課題以汽油機(jī)的活塞為研究對象。為提高汽油機(jī)的動力性，改善經(jīng)濟(jì)性，降低排放，將汽油機(jī)進(jìn)氣方式由自然吸氣改為增壓。原汽油機(jī)活塞安裝在增壓后的汽油機(jī)內(nèi)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)后活塞銷孔周圍出現(xiàn)裂紋，因此需要對活塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以滿足增壓后的使用。
　　在汽油機(jī)運(yùn)行過程中，由于受到由燃料燃燒產(chǎn)生高溫氣體的影響，活塞頭部的溫度載荷較高，然而裙部不直接與燃?xì)饨佑|，溫度相對較低。因此從活塞的頭部到裙部之間存在溫差產(chǎn)生熱應(yīng)力。此外，活塞頂部受到高壓

2、燃?xì)獾臎_擊產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。因此在活塞的仿真分析與優(yōu)化設(shè)計中，既要考慮熱載荷也要機(jī)械載荷對活塞做熱力耦合分析，保證活塞使用的可靠性，還要對結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的活塞進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測，保證活塞使用的耐久性。
　　國內(nèi)外在活塞熱力耦合和疲勞壽命預(yù)測方面均有研究。目前普遍采用計算流體力學(xué)和有限元分析理論相結(jié)合的方法研究活塞的傳熱情況，而對疲勞的研究主要為采用疲勞仿真軟件對活塞進(jìn)行疲勞壽命仿真預(yù)測和運(yùn)用發(fā)動機(jī)臺架進(jìn)行疲勞與耐久性實(shí)驗(yàn)研究兩種方式。

3、>　　本課題基于傳熱學(xué)理論和非線性有限元分析方法理論，應(yīng)用軟件對活塞進(jìn)行建模仿真分析，結(jié)合活塞溫度測試試驗(yàn)對活塞的模擬溫度場進(jìn)行驗(yàn)證，然后導(dǎo)入熱載荷和機(jī)械載荷的邊界條件，計算出活塞在熱力耦合作用下的綜合應(yīng)力情況，再根據(jù)計算結(jié)果對活塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)并再做耦合分析。計算表明結(jié)構(gòu)改進(jìn)后活塞的最大應(yīng)力值降低了129.63MPa，有效減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，驗(yàn)證了活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。對活塞進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測，計算出活塞的疲勞壽命為1.49e7，最后得出了