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原文传递某船用低速柴油机活塞性能研究

论文题名：	某船用低速柴油机活塞性能研究
关键词：	船用柴油机;活塞性能;温度场;有限元分析;疲劳预测
摘要：	柴油机自发明至今已有一百多年的历史，并以其热效率高、功率范围广和机动性好等优点得到了广泛的应用。随着人类社会的不断发展，为满足不断增长的生产生活的要求，内燃机向着高爆压、高功率以及高速化等方向发展。随着功率的不断提高，柴油机所需承受的热负荷和机械负荷也将不断增大，活塞作为柴油机中主要传动和承载部件，活塞性能的好坏将直接影响柴油机的可靠性和使用寿命。在柴油机工作时，活塞受载工况非常复杂，因此对柴油机活塞进行了热负荷和机械负荷模拟计算以评估其是否具有较好的强度性能、刚度性能以及可靠性，对于柴油机设计研发是非常重要的。　　本文针对某型船用低速柴油机，运用有限元分析软件对该型号柴油机活塞组进行热负荷和机械负荷仿真研究分析，并对活塞组各部件进行强度、刚度、稳定性以及疲劳性能进行校核，具体工作内容如下：　　（1）基于热分析理论基础，建立活塞流固耦合模型，运用流体动力学软件和有限元分析软件进行联合仿真求取活塞流体域和固体域耦合面上的边界条件，并以此作为进行活塞温度场分析所需的边界条件，求出活塞温度场分布结果；　　（2）基于活塞应力场分析理论，运用有限元分析软件建立活塞有限元模型，将活塞温度场分布结果作为温度边界，模拟活塞所受热负荷，同时将通过理论计算和已知数据得到的机械负荷加载到活塞上，得到仿真计算结果并对将结果进行对比分析，对活塞组各部件的强度性能和刚度性能以及危险区域进行详细分析和预测；然后对活塞杆进行稳定性分析，研究活塞杆屈曲特性；最后基于VDI2230螺栓强度计算规范验证活塞螺栓的动态疲劳强度性能。结果显示：活塞组各部件的强度、刚度以及稳定性均满足设计要求。　　（3）基于疲劳分析理论，运用疲劳分析软件对活塞主要部件进行疲劳分析，预测活塞部件的疲劳危险区域和疲劳安全系数，计算结果显示：活塞主要承载部件的安全系数均达到设计标准，满足设计要求。　　通过上述主要工作内容，通过仿真手段验证柴油机活塞组各部件结构设计的合理性，为柴油机活塞组各部件的设计和制造过程提供良好的依据。
作者：	潘志刚
专业：	机械工程
导师：	张庆奎
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文