汽油機(jī)活塞熱機(jī)耦合分析及其試驗(yàn)研究.pdf

1、作為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境最惡劣的關(guān)鍵零件，活塞的工作情況直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性和使用耐久性，同時(shí)也關(guān)系到排放和經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，一方面受到高溫燃?xì)獾淖饔?，使活塞承受很高的溫度，而且溫度分布很不均勻?qū)?dǎo)致熱變形和熱應(yīng)力的產(chǎn)生，另一方面在高壓氣體和往復(fù)慣性力的作用下，活塞產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形。因此，對(duì)活塞的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)以及熱機(jī)耦合應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析，綜合了解活塞的熱負(fù)荷和綜合應(yīng)力分布情況，對(duì)于提出評(píng)并價(jià)改進(jìn)措施，強(qiáng)化活塞具有重要

2、意義。
　　為研究活塞的熱應(yīng)力和熱機(jī)耦合應(yīng)力，了解其溫度分布情況，評(píng)價(jià)活塞頂部陽(yáng)極氧化層對(duì)活塞熱負(fù)荷的影響，文章采用硬度塞法測(cè)溫試驗(yàn)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的方法進(jìn)行研究。
　　試驗(yàn)選用GCr(1)5軸承鋼作為硬度塞材料，通過(guò)測(cè)量不同回火溫度下的回火硬度，得到硬度-回火溫度(HV-T)曲線。在試驗(yàn)活塞上確定測(cè)量點(diǎn)并安裝硬度塞，在發(fā)動(dòng)機(jī)的額定工況進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)硬度塞HV-T曲線，由試驗(yàn)后的硬度塞硬度推算得到相應(yīng)的溫度，該溫度即為

3、活塞上被測(cè)點(diǎn)在額定工況下所達(dá)到的溫度。
　　本文借助Pro/E軟件建立活塞組的三維模型，用Hypermesh創(chuàng)建網(wǎng)格模型，利用Abaqus給定活塞的熱邊界條件和力學(xué)邊界條件，創(chuàng)建有限元模型和進(jìn)行仿真計(jì)算，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)熱學(xué)邊界進(jìn)行校驗(yàn)，得到能夠準(zhǔn)確描述活塞溫度場(chǎng)的有限元模型。仿真計(jì)算得到了兩種活塞的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、熱機(jī)耦合應(yīng)力場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明:仿真溫度值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，相對(duì)誤差小于5％;活塞頂面的陽(yáng)極氧化，使活塞的整體溫度