航空活塞發(fā)動機(jī)典型零件的熱-固耦合強(qiáng)度有限元分析.pdf

1、缸蓋和活塞是航空活塞發(fā)動機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。活塞受到燃?xì)獗l(fā)壓力、往復(fù)慣性力、側(cè)推力等作用，使活塞產(chǎn)生應(yīng)力和變形；缸蓋作為發(fā)動機(jī)燃燒室一部分，要承受燃?xì)鈮毫吐菟A(yù)緊力等，高的機(jī)械負(fù)荷使缸蓋火力面和螺栓等處容易產(chǎn)生裂紋，直接影響到發(fā)動機(jī)工作可靠性。因此，開展熱、機(jī)械載荷的共同作用下活塞和缸蓋的熱-固強(qiáng)度耦合分析就顯得十分重要。
　　本文首先分析了某型號航空活塞所受負(fù)荷，提出了計(jì)算活塞強(qiáng)度所需的熱邊界條件、機(jī)械邊界條件。建立了

2、活塞銷-活塞、活塞銷-連桿、活塞裙部-缸套之間的接觸模型，在ANSYS中，利用有限元的方法對活塞與部件接觸的整體模型進(jìn)行溫度場、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、熱-固耦合應(yīng)力以及接觸應(yīng)力分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：活塞的溫度場和應(yīng)力場分布符合發(fā)動機(jī)實(shí)際情況，均在材料的使用范圍之內(nèi)，活塞受到的負(fù)荷當(dāng)中，機(jī)械負(fù)荷占主導(dǎo)地位；發(fā)動機(jī)不同工作條件下活塞的溫度場變化較大。
　　其次，分析了發(fā)動機(jī)工作時缸蓋受到的負(fù)荷，確定分析所需的熱邊界、機(jī)械邊界條件。將缸蓋

3、和冷卻液看成整體，分析了不同環(huán)境條件下缸蓋的溫度分布，隨著海拔的增高，缸蓋各部分的溫度都降低。應(yīng)用有限元的方法，分析計(jì)算了缸蓋的機(jī)械應(yīng)力。計(jì)算的結(jié)果表明，螺栓預(yù)緊力主要作用在螺栓孔，爆發(fā)壓力主要影響缸蓋火力面和缸蓋與缸體的接觸面應(yīng)力。最后計(jì)算了缸蓋在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下的耦合應(yīng)力，耦合應(yīng)力的分布、數(shù)值大小與熱應(yīng)力分布一致，在缸蓋中，熱負(fù)荷是缸蓋應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因。
　　進(jìn)行活塞和缸蓋熱-固耦合有限元的強(qiáng)度計(jì)算，可以分析它們