活塞在溫度和機(jī)械載荷作用下的有限元分析.pdf

1、活塞是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，它的工作情況直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性和使用耐久性，同時(shí)直接影響到內(nèi)燃機(jī)的排放性能。活塞的結(jié)構(gòu)和所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜，在工作狀態(tài)下受到高壓燃?xì)鈮毫Α⒏咚偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力、側(cè)向推力和摩擦力等周期性載荷作用，產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形。高壓氣體燃燒產(chǎn)生的高溫使活塞項(xiàng)部乃至整個(gè)活塞溫度很高，且溫度分布很不均勻，導(dǎo)致活塞產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱變形。熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷將導(dǎo)致活塞產(chǎn)生裂紋、活塞環(huán)膠結(jié)以及拉缸等。因此，對(duì)活塞進(jìn)

2、行溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷共同作用的耦合應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行有限元分析，了解活塞的熱負(fù)荷和綜合應(yīng)力分布情況，進(jìn)而改進(jìn)活塞，提高其工作可靠性具有重要意義。有限元法是最近三四十年發(fā)展起來(lái)的一種非常有效的數(shù)值計(jì)算方法。它能對(duì)實(shí)際工程中幾何形狀不規(guī)則、載荷和支承情況復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計(jì)算、應(yīng)力分析和動(dòng)態(tài)特性分析。對(duì)于活塞的有限元分析研究，國(guó)外早已開(kāi)展了許多卓有成效的研究工作，并提出了一些新的研究手段和方法，但國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)這些項(xiàng)目的

3、研究起步較晚，相比國(guó)外還有一定的差距。本文利用三維制圖軟件Pro/E建立了活塞的二分之一模型，在ANSYS軟件中轉(zhuǎn)換成有限元模型。然后探討了活塞熱邊界條件的確定方法。并進(jìn)行了本文所特有的機(jī)械載荷邊界條件和約束的施加。采用有限元方法模擬了活塞溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力、機(jī)械強(qiáng)度和在溫度載荷和機(jī)械載荷共同作用下的耦合場(chǎng)。獲得了合理的計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明：由于冷卻油腔的存在，活塞的熱負(fù)荷明顯降低，同時(shí)，并沒(méi)有因?yàn)槔鋮s油腔的存在而影響活塞頭部的強(qiáng)度。整體來(lái)說(shuō)