天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)活塞強(qiáng)度試驗(yàn)研究及有限元仿真.pdf

1、在全球石油能源危機(jī)和排放法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)大功率、增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其燃燒室組件的工作環(huán)境非常惡劣，其中又以活塞為甚。在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，活塞直接與缸內(nèi)高溫高壓燃?xì)饨佑|，承受著劇烈的周期性變化的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的關(guān)鍵零部件之一，活塞在如此惡劣的工作環(huán)境中易發(fā)生燒蝕、開裂等故障，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作的穩(wěn)定性與可靠性。本文依托YC6MK型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架和ANSYS workbe

2、nch軟件，從試驗(yàn)研究和有限元仿真計(jì)算兩個(gè)方面，對(duì)活塞承受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷進(jìn)行了研究。
　　首先，搭建天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，測(cè)量活塞在標(biāo)定工況下的溫度場(chǎng)。
　　其次，運(yùn)用Pro/E軟件建立活塞的三維全尺寸模型，利用HyperMesh軟件對(duì)活塞模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS workbench中。然后根據(jù)示功圖和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出活塞的熱邊界條件，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，最終計(jì)算得到較為準(zhǔn)確的活塞穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)?？紤]到缸

3、內(nèi)高溫燃?xì)鈱?duì)活塞的熱沖擊，計(jì)算出活塞的瞬態(tài)溫度場(chǎng)。
　　最后，在活塞穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上求得活塞的熱應(yīng)力和熱變形，并在考慮缸內(nèi)燃?xì)鈮毫突钊耐鶑?fù)慣性力的情況下，計(jì)算求得活塞在標(biāo)定工況最大爆發(fā)壓力點(diǎn)的機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形，最終，在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下，計(jì)算出活塞的熱-機(jī)械耦合應(yīng)力和變形。
　　通過對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可以得出：YC6MK型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在標(biāo)定工況下承受了較大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，第一環(huán)槽處溫度偏高易導(dǎo)致潤(rùn)滑