详情

原文传递组合活塞有限元分析与评估

论文题名：	组合活塞有限元分析与评估
关键词：	发动机活塞;热负荷;机械负荷;动态特性;使用寿命;有限元分析
摘要：	随着油价的持续的增高、排放法规的更加严格，对内燃机的动力性和经济性提出了更高的要求。然而内燃机的不断发展，从根本上说是建立在主要零部件性能不断提高和使用寿命不断延长的基础上的。　　活塞是发动机的关键零部件之一，活塞工作的可靠性、耐久性直接关系到内燃机的整体性能。为满足增压内燃机高比功率的需求，活塞应具有承受更高热负荷和机械负荷的能力。热负荷与机械负荷的综合作用过大导致活塞产生裂纹、拉缸、咬缸以及活塞环胶结等故障，严重危害内燃机的耐久性和可靠性。因此，对活塞的温度场、热负荷、机械负荷及热负荷与机械负荷共同作用的耦合应力场进行有限元分析，了解其热负荷与应力分布情况，对提高其工作可靠性具有重要意义。对活塞进行瞬态动力学分析，能够更好的了解内燃机在整个工作循环中活塞的动态特性，为活塞的疲劳寿命分析提供理论依据，对提高其使用寿命有重要的意义。本论文所进行的主要工作如下: 　　（1）活塞的热负荷、机械负荷边界条件的确定。查找相关文献，对活塞进行受力分析，确定了活塞有限元分析的边界条件；　　（2）活塞高精度有限元模型的建立。通过对不同局部网格细化的有限元模型进行温度场和应力场分析，确定了高精度的耦合计算模型；　　（3）活塞的稳态热分析。将温度和换热系数按照第三类边界条件予以施加，计算得到了活塞的稳态温度场；　　（4）活塞的热负荷与机械负荷耦合分析。以最大爆发压力时刻活塞的所受燃气压力和惯性力为机械负荷边界条件，进行活塞的强度分析；采用间接耦合法，将温度场分布和机械负荷作为边界条件，分析活塞的耦合应力场和变形；　　（5）活塞的热—机耦合瞬态动力学分析。论文以稳态温度场和交变机械载荷为边界条件，对组合活塞在标定工况下6个工作循环进行了瞬态动力学分析。计算得到了活塞应力集中部位的应力及变形的时间—历程曲线图和该部位的应力、应变幅值，为活塞的结构改进和疲劳分析提供理论依据和必要的边界条件。　　通过以上工作，获得了该组合活塞安全性的评估依据，为进一步降低活塞热负荷、改善应力分布奠定了理论基础。
作者：	王志勋
专业：	动力机械及工程
导师：	张翼
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中北大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文