活塞在溫度和機械載荷作用下的有限元分析.pdf

1、活塞是內燃機的關鍵零部件之一，它的工作情況直接關系到內燃機的工作可靠性和使用耐久性，同時直接影響到內燃機的排放性能?；钊慕Y構和所處的工作環(huán)境十分復雜，在工作狀態(tài)下受到高壓燃氣壓力、高速往復運動產生的慣性力、側向推力和摩擦力等周期性載荷作用，產生機械應力和機械變形。高壓氣體燃燒產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，導致活塞產生熱應力和熱變形。熱負荷和機械負荷將導致活塞產生裂紋、活塞環(huán)膠結以及拉缸等。因此，對活塞進

2、行溫度場、應力場以及熱負荷和機械負荷共同作用的耦合應力場進行有限元分析，了解活塞的熱負荷和綜合應力分布情況，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、載荷和支承情況復雜的各種結構進行變形計算、應力分析和動態(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，但國內的科研機構和企業(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果。結果表明：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