活塞在溫度和機械載荷作用下的有限元分析.pdf

1、活塞是內(nèi)燃機的關(guān)鍵零部件之一，它的工作情況直接關(guān)系到內(nèi)燃機的工作可靠性和使用耐久性，同時直接影響到內(nèi)燃機的排放性能?；钊慕Y(jié)構(gòu)和所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜，在工作狀態(tài)下受到高壓燃氣壓力、高速往復(fù)運動產(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)生機械應(yīng)力和機械變形。高壓氣體燃燒產(chǎn)生的高溫使活塞項部乃至整個活塞溫度很高，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。熱負荷和機械負荷將導(dǎo)致活塞產(chǎn)生裂紋、活塞環(huán)膠結(jié)以及拉缸等。因此，對活塞進

2、行溫度場、應(yīng)力場以及熱負荷和機械負荷共同作用的耦合應(yīng)力場進行有限元分析，了解活塞的熱負荷和綜合應(yīng)力分布情況，進而改進活塞，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)展起來的一種非常有效的數(shù)值計算方法。它能對實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)進行變形計算、應(yīng)力分析和動態(tài)特性分析。對于活塞的有限元分析研究，國外早已開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，但國內(nèi)的科研機構(gòu)和企業(yè)對這些項目的

3、研究起步較晚，相比國外還有一定的差距。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。并進行了本文所特有的機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、熱應(yīng)力、機械強度和在溫度載荷和機械載荷共同作用下的耦合場。獲得了合理的計算結(jié)果。結(jié)果表明：由于冷卻油腔的存在，活塞的熱負荷明顯降低，同時，并沒有因為冷卻油腔的存在而影響活塞頭部的強度。整體來說