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船用柴油机活塞瞬态温度场与应力场三维有限元分析
| 论文题名： | 船用柴油机活塞瞬态温度场与应力场三维有限元分析 |
| 关键词： | 船舶柴油机;活塞;瞬态温度场;应力场;三维模型;有限元法;可靠性 |
| 摘要： | 随着船舶柴油机的不断强化,对关键部件活塞的强度和寿命要求越来越高。通过对活塞的温度场和应力场进行有限元分析,了解其热负荷和应力分布情况,为活塞的设计、改进和优化提供了依据,对提高其工作可靠性具有重要意义。本文以620单缸机活塞为研究对象,分析了活塞在标况下的稳态温度场、瞬态温度场和瞬态应力场,具体内容如下: 1)建立了活塞的三维有限元计算模型,分别建立了稳态分析、周期性瞬态分析和启动工况分析的边界条件。将稳态温度场与实验值进行对比,验证了稳态边界条件与分析方法的正确性;通过对活塞进行周期性瞬态热分析,得出活塞表面温度波动趋势,分析表明活塞的瞬态温度场的温度波动区主要集中在同燃气接触的表面,最大表面温度波动达到20℃,剧烈波动区发生在距离活塞表面2mm区域;通过对启动工况的温度场分析,得出柴油机启动时的温度升高趋势呈指数变化这一规律,剧烈的温度波动会产生很大的准静态热应力。 2)在得到活塞瞬态温度场的基础上,进行瞬态热应力场的仿真计算,对模型施加周期性的机械载荷得出瞬态机械应力,将瞬态热应力和瞬态机械应力进行耦合得到瞬态耦合应力。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,并分析了不同位置、不同时刻的应力影响因素。分析表明在温度梯度较大的地方热应力较大,机械应力受燃气爆发压力影响最大,在不同阶段活塞的耦合应力的来源不同,最大燃气爆发压力时刻,活塞的耦合应力最大。 瞬态分析能够更好的了解柴油机在整个工作循环中活塞的动态特性,分析结果反映了活塞工作时的真实状态,为活塞的疲劳寿命分析和可靠性设计提供理论依据。 |
| 作者： | 陈霄 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 马修真 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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