柴油机缸套三维温度场有限元分析与试验研究
柴油机气缸套温度场的三维有限元分析.
柴油机气缸套温度场的三维有限元分析何屹1，王琦2，田红英3，朱任杰41.大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连2.辽河油田滑油环保工程公司，辽宁盘锦3.锦州市环境工程有限公司，辽宁锦州4.鞍山市环境检测站，辽宁鞍山摘要：文章首先探讨了气缸套温度场计算边界条件的确定，然后利用ansys软件建立了缸套的三维有限元模型，并进行了温度场模拟计算，得到了较为合理的结果。
最后,对计算结果进行了分析并对柴油机气缸套的合理设计作出了一些探讨。
关键词：气缸套，有限元，温度场0 引言随着现代柴油机强化程度、可靠性、耐久性的不断提高，对缸套设计提出了更高的要求。
需要充分考虑刚度、强度、冷却、润滑、应力集中等问题。
温度场的分析是研究其它问题的基础，因此有必要首先进行温度场分析。
而利用有限元软件进行模拟计算是目前比较流行、有效的手段，它比实测方法有许多优点，并且可以得到接近实际的结果。
温度场有限元分析的关键在于准确地确定边界条件。
由于缸套的受热情况较为复杂。
因此给其边界条件的确定带来很大困难。
本文根据已有的经验和方法，对边界条件的确定做了一些探讨。
1 气缸内放热系数及缸套换热系数的确定1.1 气缸内放热系数α的确定缸内传热过程极其复杂,许多机理至今未能解决。
对于对流换热系数的确定，在文献[1]中介绍了很多种计算公式,本文采用修正的埃肖尔伯格公式：α=1.95Cm式中：Cm——活塞平均速度,m/sP——缸内气体压力,barT——缸内气体温度,K PT (W/m2.K)[1]然后对一个工作循环内的瞬时放热系数积分即可求得平均放热系数。
1.2 缸套温度场计算边界条件的确定1.2.1 燃气侧边界条件的确定缸套内表面的大部分区域都要受到燃气的冲蚀，在一个循环中缸套上部壁面与燃气接触的时间较长,受燃气直接传热的影响很大。
位于活塞下止点时相应一环位置以下的壁面,在整个工作循环内没有受到燃气直接传热。
气缸体内表面还接受部分活塞侧面的散热,同时活塞往复运动时同气缸体的摩擦也产生一定的热量。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析谢琰;席明智;刘晓丽【摘要】对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度.用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形.计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2012(018)003【总页数】8页(P5-11,16)【关键词】柴油机;活塞;有限元分析;温度场;热应力【作者】谢琰;席明智;刘晓丽【作者单位】长安汽车动力研究院,重庆400021;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,呼和浩特014010;渤海船舶职业技术学院,葫芦岛市125000【正文语种】中文活塞作为内燃机的关键零部件之一，其结构复杂，在工作过程中受到高温燃气的冲击，承受很高的热负荷。
这使得活塞头部乃至整个活塞温度都很高，且分布不均匀，不同部位温度梯度大，并且产生很大的热应力和热变形，由此导致活塞运行过程中出现拉缸、胶结、抱死，以至于活塞顶面开裂，直接影响到柴油机的性能，燃烧室的温度分布也影响到柴油机HC排放[1,2]。
由于热应力是活塞总应力的主要来源，热膨胀变形在活塞总变形中占绝对主导地位，而机械负荷的作用仅使活塞边缘向内弯曲、抵消边缘向外的热膨胀变形，其贡献很小[3]。
因此，本文对活塞的热负荷进行研究，暂不考虑机械负荷的影响。
为了考察改进后的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧室活塞的热负荷状况，对其进行了温度场试验，实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的工作温度。
利用Pro/E软件建立了活塞的实体模型，通过Ansys软件进行了活塞温度场的三维数值模拟计算分析。
柴油机机体三维建模及有限元模态分析
４ 分析与结论
社，２００１．
（ 编辑 立 明）
应用有限 元模态分析和 模态实验结果 比较，两者得到
!!!!!!!!!! 作者简介：刘玉梅（ １９６７－ ）女，硕士，副教授，研究方向为机械设计制
ｓｏｌｉｄ９２ 单元通过 １０ 个节点来定义，每个节点有 ３ 个沿着 和实验分析是有效的。
Ｘ、Ｙ 和 Ｚ 方向平移的自由度，它具有二次迭代的特性，适 用于划分不规则网格的模型，例如由各种 ＣＡＤ／ＣＡＭ 导 入的模型。
由于发动机机体实体模型中包含许多圆孔和直角轮 廓，为了兼顾计算时间和计算精度的要求，对网格划分的 数量和单元形状进行了控制：在 Ｍｅｓｈｔｏｏｌ 中用 ｓｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌ 命令 对 机 械 臂 的 每 条 线 进 行 单 元 数 量 指 定 ；在 Ｍｅｓｈ
和振型；其次，通过理论模态与实验模态参数的对比，验证了结果的有效性，并分析了机体模态的规律，为该类型发动机
的机体结构优化提供了一定的参考依据。
关键词：发动机机体；动态特性；有限元；理论模态分析
中图分类号：ＴＫ４３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ２３３（３ ２００７）０１－ ００８９－ ０２
３Ｄ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ ＦＥＡ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｌｏｃｋ ＬＩＵ Ｙｕ－ ｍｅｉ， ＹＵＡＮ Ｗｅｎ－ ｈｕａ
１前言 发动机的机体是发动机的主体结构［ １］，承受着极为复
杂的载荷，其动态特性直接影响发动机的整体性能；而 且，随着人们对环境要求的提高，发动机的振动和噪声问 题也备受重视。对发动机的机体进行模态分析有助于识 别机体的动态特性，得到的相关数据对机体结构的优化 改进设计以及减振降噪都具有一定的指导意义。
车用柴油机气缸体强度的有限元分析
车用柴油机气缸体强度的有限元分析发表时间：2009-11-17 刘云来源：万方数据关键字：气缸体有限元子模型疲劳分析信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本采用Pro／E和HyperMesh对改进后的某车用柴油机气缸体进行了三维实体建模和网格划分，基于ABAQUS分析平台计算了改进后的机体应力分布情况；同时结合凸轮轴孔子模型，采用Fatigue软件进行高周疲劳分析。
计算结果表明：改进后凸轮轴孔处的疲劳安全系数均大于1．1，满足疲劳强度设计要求。
引言机体作为安置气缸和曲柄连杆机构以及其它辅助机构的主体骨架构件，承受着极为复杂的载荷，其刚度、强度以及动态特性对发动机的动力性、经济性和可靠性有着很大的影响。
随着欧Ⅲ、欧Ⅳ柴油机的研制和生产，不断提高的爆发压力和强化指标，对柴油机机体的刚度、强度和动力特性都提出了更加严格的要求。
有限元法作为一种通用的数值分析方法，是目前研究机体类复杂结构受力最为可靠和有效的方法。
本文采用有限元子模型技术及ABAQUS软件中的非线性接触分析模块，对改进后的某车用柴油机气缸体进行有限元强度分析，结合疲劳分析软件MSC．Fatigue重点考察凸轮轴孔子模型的疲劳安全强度，对改进措施进行分析和评价。
1 有限元模型的建立图1 机体有限元模型采用Pro／E和HyperMesh对该车用柴油机前三缸气缸体、框架、主轴瓦、凸轮轴瓦、主轴承螺栓等进行三维实体建模和网格划分。
为了保证有限元计算的准确性，仅对计算精度影响较小的螺钉孔和销钉孔进行适当简化，划分网格后的机体有限元模型如图1所示。
为重点考察改进后凸轮轴孔处的强度，取凸轮轴孔部位建立计算子模型，以获得较为精确的结果。
有限元模型采用10节点四面体单元，各零部件的单元数目和节点数目如表1所示。
表1 机体计算模型中各零件的单元数与节点数2 载荷与边界条件由于重点考察主轴承力对机体尤其是凸轮轴孔的影响，故对机体顶面节点进行约束。
某八缸柴油机气缸盖温度场的有限元分析
某八缸柴油机气缸盖温度场的有限元分析宋状;宋希庚【摘要】In this article, the thermal analysis of diesel engine cylinder head was studied. First of all, using Pro ENGINEER software, the three-dimensional model of diesel engine cylinder head was established. Then the model was put into ANSYS workbench to carry on the grid and set the boundary conditions. Finally, the temperature distribution of cylinder head was achieved, and information for improving cylinder head structure was provided.%对某八缸中速柴油机气缸盖温度场进行有限元分析。
首先，利用Pro ENGINEER软件，建立柴油机气缸盖的三维实体模型，然后将模型导入有限元软件ANSYS workbench进行网格划分和边界条件的设置，最后分析模拟气缸盖的温度分布情况，为结构的改进提供参考。
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】柴油机;气缸盖;有限元分析;温度场【作者】宋状;宋希庚【作者单位】116024 辽宁省大连市大连理工大学内燃机研究所;116024 辽宁省大连市大连理工大学内燃机研究所【正文语种】中文【中图分类】TK4210 引言近几年，随着计算机模拟技术的发展，有限元分析应用得越来越广泛，它可以有效地缩短研发周期、降低成本，为实验提供理论支持。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析柴油机是一种集高效、经济、环保和实用性特性于一身的发动机。
在柴油机的设计过程中，温度场是一个重要的因素，它主要决定了柴油机的效率和寿命的长短。
因此，对柴油机活塞温度场的研究已成为一项重要的研究课题。
本文将从热传导的角度出发，结合实验和有限元分析的方法，对柴油机活塞温度场的研究进行详细的介绍。
首先，从实验方面来讨论柴油机活塞温度场。
首先，在柴油机活塞温度场实验中，使用了采用温度传感器组成的测温系统来进行温度场的实测。
该测温系统由温度传感器、电子枪、计算机硬件、软件及测温记录仪组成。
数据采集和采样是在计算机平台上完成的，以得到温度场的实时实测值，最后可以得到温度场的2D或3D图形，便于分析温度场的分布状态。
其次，针对柴油机活塞温度场的实验，研究者可以使用有限元方法来优化柴油机的热传导性能。
有限元方法的基本原理是，将机械结构分割成若干小的有限元单元，并分析各单元的热传导系数，最终确定柴油机活塞温度场的总体特性。
本文采用ANSYS仿真软件作为有限元分析工具，并将热传导方程式建模成有限元，分别计算柴油机活塞中温度场的时空特性，取得其动态温度场的实时模拟值，以深入分析温度场的时变特性。
最后，根据实验和有限元分析的结果，可以得出柴油机活塞温度场分布图，并可以将它与柴油机实际操作中的温度场进行对比，以指导该柴油机的设计优化。
在柴油机活塞温度场研究中，以上针对实验与有限元分析的结合研究，可以更好地理解柴油机活塞温度场的变化规律，最终更好地保证柴油机的发动机性能与寿命的长期可靠性。
总之，柴油机活塞温度场的研究是十分重要的，可以从实验与有限元分析的结合研究方面，更加深入地理解柴油机活塞温度场的变化规律，从而更好地保证柴油机的发动机性能与寿命的长期可靠性。
随着动力技术的发展，柴油机活塞温度场研究将越来越受到研究者们的关注。
研究者们可以继续探索不同燃烧方式下柴油机活塞温度场的变化特性，以指导柴油机的研制与设计。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析柴油机是一种重要的内燃机，它将液体燃料混合气体后进行燃烧来提供动力，也可以反过来将液体燃料和气体作为动力源来推动外转子，因此它在船舶、汽车、拖拉机等设备上有着广泛的应用。
柴油机的活塞是其中的关键部件，活塞的温度场及其变化是影响柴油机性能的重要因素，因此对活塞温度场的深入研究及热分析具有重要意义。
本文针对柴油机活塞温度场进行了实验研究和有限元热分析，实验结果表明，柴油机活塞上表面温度分布存在分布不均匀的现象，最高温度出现在活塞和元件之间的接触处。
研究还显示，增加燃料入口温度有助于降低活塞表面的温度，减少不均匀的热分布现象。
此外，本文还使用有限元分析方法对试件温度场进行了模拟计算，建立了试件的温度场模型，并得出了试件温度场的数值结果，将实验数据与有限元模拟结果进行比较得出，有限元分析法对柴油机活塞温度场的模拟及热情况的预测较为合理的。
基于以上实验及仿真结果，本文提出了以下几点有关建议：首先，应减小活塞和元件之间的间隙尺寸，以减小发生的温度不均匀的程度；其次，应尽量控制燃料入口温度，以避免过高的温度；最后，应使用有限元分析方法，对柴油机中活塞进行热分析，以熟悉掌握活塞温度场的变化特性，以便正确设计和优化活塞结构。
本文对柴油机活塞温度场研究进行了深入分析，使用实验和有限元分析相结合的方式，研究了活塞温度场的变化规律，为柴油机的研究和设计提供了理论依据。
此外，本文可作为更多柴油机活塞温度场
研究的基础，为今后的柴油机设计及性能改进提供可靠的理论指导和方法支持。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
随着柴油机技术的发展，薄膜强度、尺寸精度、耐热性是柴油机活塞的关键技术。
活
塞的尺寸太大或太厚，会大大降低发动机性能；反之，活塞太薄和太小，活塞很容易损坏。
因此，对柴油机活塞的温度场的研究是提高柴油机效率的重要工作之一。
传统试验方法受制于仪器和材料的限制，往往无法准确地反映内部结构的温度场，因
此建立一种基于有限元分析的研究方法变得尤为重要。
本文提出了基于有限元分析的温度
场研究方法，将柴油机活塞温度场试验与有限元分析相结合，以研究不同参数和模型的温
度分布和温度场变化趋势。
本文首先给出了柴油机活塞的图示和几何尺寸，接着给出了活塞的实际试验参数，包括：外圈直径、内圈直径，等径椭圆孔的长短轴长度均等；活塞的材料为超级钢；同时设
定加热方式，用燃烧于环境的方式代替实际目标发动机实际运行情况来模拟。
进一步，本
文利用有限元分析方法仿真活塞温度场，根据参数计算出温度场不同元件分布的各部分值。
最后，本文通过对实验结果进行讨论，对柴油机活塞的温度场变化进行分析，发现活
塞的各个部分的温度分布和温度场变化趋势，以供今后参考。
经过本文的实验研究，不仅说明了有限元分析在模拟柴油机活塞温度场变化方面具有
良好的效果，还为今后柴油机活塞优化设计提供了重要的研究参考意义。
将有限元热分析
和实验室试验相结合，加深了活塞温度场研究的深度和广度，也提供了一种新的方法来研
究活塞的热性能及内部温度场的变化，为今后的试验提供参考。
柴油机气缸套耦合场的有限元分析
ｕ ｐ ｒｐ ｒ ｆｉ ｎ ｒ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｈ ｙ ｉ ｄ ｒｌｎ ｒ ａ ｅ ｈ ｇ ｏ ５ ２ Ｋ，ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ ｅｄ ｄ ｓｉ— ｐ ｅ ａ ｔｏ ｎ ｅ ｕ ｆ ｃ ｎ ｔ ｅ ｃ ｌｎ ｅ ｉ ｅ ，ｃ ｎ ｂ ｉ ｈ ｕｐ ｔ ８ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｉｔ ｉ ｌ
界条件 ， 缸套 与机 架 问 的边 界条 件 以及 缸 套冷 却 水
对 气缸套 冷却水 侧 的第三类 热边界 （ 图 ３中 如 Ｂ Ｃ段 ） 采 用 Ｃ Ｄ—Ｆ Ａ 流 固耦 合 的 方 式 进 行 施 ， Ｆ Ｅ
加， 首先对 发动机 冷却 系统进 行流动 和传热 分析 ， 然 后将气 缸套 侧水 腔表 面的温 度值 和换 热 系数值 映射
机体与螺栓之间的接触。 气 缸套 的 材 料 为 铸 铁 ， 能 参 数 如 下 ： 度 性 密
７ ５ ｋ／ 比 热 容 ４ ０／ ｋ ・Ｋ） 导 热 系 数 ３０ ｇｍ ， ８Ｊ（ ｇ ，
４ Ｗ／ ｍ ・ ， ５ （ Ｋ） 弹性模 量 １０ Ｐ ， ３ Ｇ ａ 线膨 胀 系 数 １ ２ ．Ｅ
的变形 破坏 了活塞 环 的 密 封性 能 ， 发 动机 的正 常 对
对其 影 响因素 进行 分析 ， 为缸 套设计 提供 科学 依据 。
ｌ 有 限元 模 型
本 次计 算 以某 柴 油 机 气缸 套 为研 究 对 象 ， 算 计
模 型 包括 ： 缸套 、 气 机体 、 气缸 盖 、 缸盖 螺栓 和气 缸 气 垫等 ， 图 １ 示 。为 了保 证计 算结 果真 实可 靠 ， 如 所 对
式 （ ） （ ） 以求得 轴 向距 气缸 顶部Leabharlann ｈ ０＜ｈ＜Ｓ １和 ２ 可 （ ）
图 ２ 气 缸 套 模 型
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析柴油机是一种重要的内燃机，其工作时在活塞上产生的温度场是影响其运行性能的重要因素。
因此了解柴油机活塞温度场及其温度分布对提高柴油机性能具有重要意义。
近年来，在研究该活塞温度场领域，越来越多的实验技术和数值分析方法相结合。
本文将介绍一种全新的柴油机活塞温度场实验研究方法，并结合有限元热分析方法进行模拟分析，以期获得更加准确的数据。
首先，本文介绍柴油机活塞温度场实验研究方法，该方法可通过一具柴油机发动机的拆卸重新安装、采用特殊的热湿度测量仪和优化安装位置测量活塞表面温度，从而实现对柴油机活塞温度场分布的研究。
通过重新安装发动机，采用热湿度测量仪和优化安装位置测量活塞表面温度，可以在不影响发动机正常运行的情况下，通过监测柴油机活塞表面的温度变化，详细研究出柴油机分块工作过程中活塞温度分布及其变化规律，从而对有效的提高柴油机性能具有重要的意义。
其次，本文将介绍有限元热分析方法，这是一种有效的数值方法，可用于研究柴油机活塞表面温度场分布及其变化规律。
该分析方法主要针对柴油机微细结构，可以准确捕捉柴油机活塞温度分布，并可进一步预测活塞表面温度分布、高温部分温度与时间的变化规律。
在此基础上，准确分析柴油机表面温度场，可以有效减少柴油机热损耗，提高柴油机效率。
最后，本文指出，柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析方法是有效提高柴油机性能的重要手段，它不仅可以准确捕捉柴油机活塞温度分布，同时可以针对柴油机活塞表面温度场分布及其变化规律，采取有效措施提升柴油机性能。
如此，可有效保证柴油机正常工作。
综上，柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析方法是一种有效的提高柴油机性能的重要方法，且广泛应用于柴油机的技术研究与改进中，具有重要的现实意义。
以上就是本文关于柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析的全部内容，其研究方法和数值分析方法可以有效获得更准确的数据，从而准确研究柴油机活塞温度场分布及其变化，可有效提升柴油机性能，实现柴油机正常工作，从而具有重要的现实意义。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
关键 词 ：柴油机 活塞 有限 元分析 温 度场 热应 力
Ｆ ｎｔ ｅ ｎ ｅ ｍａ ａｙ ｉ ｎ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｉ ｉｅＥｌｍｅ ｔ Ｔｈ ｒ ｌ Ａｎ ｌｓｓａ ｄＴｅ ｅ ａｕ ｅＦ ｅｄ
柴油机活塞 温度场试验研 究及有 限元热分析
谢琰 ，席 明智 。刘晓 丽 。
（． １ 长安 汽 车动 力研 究院 ， 庆 ４０２ ； ． 重 ００ １ ２ 内蒙 古工业 大 学能源 与动 力工程 学院 ， 呼和浩特 ０４１ ； １００ ３ 渤 海船 舶 职业技 术 学院 ， ． 葫芦 岛市 １５０ ） ２００ 摘 要 对 改进 的 Ｚ １５ 型 柴油机 缩 口四 角 【 燃 烧 系统 ，利 用热 电偶 法 实测 了标 定 工 况下 Ｈ１０Ｗ １ ） 活 塞顸 面 、侧 面和 内腔 共 １ ６个特征 点 的 温度 。 用 ＰｏＥ建 立 活塞 几 何模 型 ，选取 热 结构 耦 合 单 ｒ／ 元 ，并对模 型 网格进 行 了优 化 ，结 合试 验值 对 活塞进 行 热分 析计 算 ，得到 活 塞三 维温度 场 、 热应 力场 和 变形 。计 算 结 果表 明 ，在 标定 ． 况 下 ，活塞 最 高温度 出现 在 燃烧 室喉部 达 到 ３０７ ，最 ｙ － １．℃ 大 ｖｎＭｉｓ ｏ ｓ 热应 力 出现在 排 气一侧 的 回 油孔 顶部 ，为 ６．ＭＰ ，最 大 热 变形 量 出现在 活塞 顶 面 ｅ ８４ ａ
ｅｇｎ ，ｈ ｉｅ ｎｃ ａａｔｒ ｔ ｍ ｅａｕｅ ｆｈ ｉｏ ｎｔ ，ｕｓ ｅａ ｄｉｓ ｅ ｅｅ ａｕｅ ｎ ｅ ｎ ｅ ｔｅｓ ｔ ｈｒｃ ｉ ｉ ｔ ｐ ｒｔ ｓ ｅ ｓ ｎｏ ｐ ｏ ｔｄ ｎ ｉ ｒ ｓｒｄｕ ｄｒ ｉ ｘｅ ｅ ｓｃｅ ｒ ｏｔ ｐ ｔ ｏ ｉ ｎ ｄ ｗ ｍｅ
柴油机气缸套三维温度场数值计算与分析
第 ９期 ２０ ０ ８年 ９月
文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ８ ０ — ０ １０ １０ — ９ ７ ２ ０ ）９ ０ ０ — ２
中 Ｊ舞 —
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｆ ｃｕ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ
工况下的气缸 套温度场 。计算 结果表 明 ： 最高温度位于 气缸套 的 内壁顶端 ， 达到 ４８ 最低 温度位于气缸 ９Ｋ，
套的下部 ， 缸套温度场分布 自 上而下降低 ， 热负荷不大。对气缸套的强度设计、 热设计具有参考价值。
关键词 ： 柴油机 ； 气缸套 ； 温度场； 数值模拟
【 ｂｔ ｃ］ ｌ ｉ ｅ ｙ ｎｅ ｌ ｅ ｏ ９ ｉ ｅ ｅｇ ｅｔ ｅｍ ｔｃ ｏ ｅ ｅｃｌ － Ａ ｓ ａｔ ｎａ ｕ ｏ ｔ ｔ ｌ ｄｒｉ ｒｆＳ ５ｄ ｓｌ ｎｉ ， ｅｇｏ ｅ ｉ ｍ ｄ ｌｏ ｔ ｙ ｎ ｒ Ｉ ｌ ｓ ｎ ｏ ｈ ｃ ｉ ｎ １ ｅ ｎ ｈ ｒ ｓ ｈ ｆ ｉ
中图分 类号 ：Ｈ１ ，Ｋ ０ 文献标 识 码 ： Ｔ ２Ｔ ４ ２ Ａ
１ 引言
随着柴油机功率的不断提高 ， 气缸套的工作条件 １ ３ 趋苛刻。
既承受机械负荷 ，又承受热负荷 ，经常在与最高温度达 （３ ０ ２０～
鲁 ５＋ ： － （ ） ＋
（ ２ ）
研究表明 ， 在柴油机稳定工况下 ， 由于金属材料的热惯性 ， 缸
套 的热传导可 以看做是准稳态导热。对于稳态温度场 ， ｏ ＝ ， 即一 Ｏ ｔ ＇
２０ ） ８０Ｋ的高温燃气接触下工作 ，而它的外侧又被冷却介质所包
围， 受热极不均匀＿。 １ 缸套作为薄壁筒类零件 ， ． 由于较大的温度梯 则有 ：
柴油机缸盖结构有限元模态分析和模态测试
柴油机缸盖 结构有 限元模态分 析和模态 测试
王科富 ， 利桂梅 ， 陈树 勋
（ 广西大学机械工程学 院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
义 特 征值 和 特 征 向量 ，即可 得 到结 构 的 固有 振 动 的
模 态频率和相应的模态振型【 ｌ 】 。并通过模态测试得到 该 缸盖结构 的试验模态频率与振型。比较有限元模
图 １ 缸盖的实 际形状
图 ２ 缸盖的几何模 型
建立几何模型后 ， 对模型进行相关设置和网格划
态分析和模态测试结果 ，验证 了有 限元模态分析模 分 。选用 四面体单 元 Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ４ ５ 单 元类 型 ， 以适 合 不规 型 与结 果 的合 理 性 ， 为该 缸盖 结 构设 计 的改 进 与优 化 则 的模型 网格划分 ， Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ４ ５单元 由八个 节点构 成 ， 单
态分析与模 态测试结果 的对比 ， 验证 了有 限元模 态分析模 型与结果合理性 ， 为该类型发动机 缸盖 结构设计 与优化提供
了参 考依 据 。
关键 词 ： 柴油机 ； 缸盖 结构 ； 模 态分析 ； 模 态测试
中图分类 号 ： Ｔ Ｋ ４ ２
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ １ １ ２ — ０ ３
１ 发动机缸 盖结构有 限元模态分析
１ ． １ 有 限元模 型 的建 立
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ０ — ０ ６
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
曲轴是汽车发动机的核心部件，强度的耐受力是汽车发动机的重要性能指标之一。
随着汽车发动机的发展，柴油机曲轴的强度是汽车发动机比较重要的研究课题。
柴油机曲轴强度的研究主要通过有限元分析来进行，有限元分析是一种计算机模拟技术，可以很好地表示柴油机曲轴的强度。
通过将复杂的多维几何模型转换为有限元数据，可以快速地模拟出柴油机曲轴的强度。
在进行有限元分析之前，必须首先建立柴油机曲轴的三维模型，用于准确表示曲轴的详细几何信息和物理参数，其中最重要的是曲轴的弹性参数。
模型的建立可以通过CAD软件或CATIA软件完成，而且可以很容易地调整和改进曲轴的几何尺寸和物理参数。
接下来，就需要将柴油机曲轴的三维模型转换为有限元模型，有限元模型可以表示曲轴的几何尺寸和物理参数，这也是有限元分析的关键步骤。
在有限元模型的建立中，还要考虑柴油机曲轴的热应力和振动响应的影响，以便更准确地模拟曲轴的强度。
有了有限元模型，就可以灵活地进行有限元分析，开始对曲轴的强度进行模拟。
有限元分析需要指定曲轴的应力状态和荷载情况，根据不同的应力状态和荷载情况，可以分析出曲轴的极限强度和疲劳寿命。
此外，还可以通过有限元分析，更精确地研究柴油机曲轴的热应力和振动响应，以及曲轴的不同部件在受力和受荷的分布情况，这些
将有助于更好地设计柴油机曲轴，提高曲轴的强度和可靠性。
总之，利用有限元分析，可以有效地研究柴油机曲轴的强度，而有限元分析的过程至少包括三维模型的建立，有限元模型的建立和有限元分析，这是实现柴油机曲轴强度可靠性评估的关键环节。
柴油机机体三维建模及有限元模态分析
ＩＪ Ｙｕ ｍｅ ． ＹＵＡＮ ｅ — ａ 』Ｕ － ｉ Ｗ ｎ ｈｕ
（ ｈ ｍｎ ：１・ｔ Ｓｍｕ ｍｌ ４ ２ ０ ． ｈｎ ） Ｓ ｍｂ ｇｔ ｂｇ・ ｌ ｙ ｇ ２ ０ ４ Ｃ ｉａ ． ．
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发动机 的机体 魁发动机 的 ｛体结 构 ． 承受 荷极 为
杂的 载荷 ．其动态 特性 商接 影 响 发动 机的 帖 体性 能 ； 而 此 建模时 ． 一次 ： 征化 完成 建校 ， 州机 体进 不能 特 需 儿． 着人 ｌ， 境 求 的提 高 ． 随 ｘ环 ｔ 发动 机的振 动 和ｌ声 Ｍ ｛ 分缺特 ￣－ ． ｉｆ 生成整机 特 征 ｌ￣ ！ 题 也备受 暾观 剥发 动机 的机体 逊 ｛ 模态 分析 有肋 ｒ姒 建模 采川 美 网 ＰＩ： ＇ 公 的 Ｉ ’ （ Ｊ Ｅ建 发 动机体 的 ｎ
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内燃机车柴油机气缸套热变形有限元分析
布； 第三类边界条件： 给定物体边界上的流体温度和
类ｒ． ２ 第一类边界条件 ： ］ 给定物体边界上 的温度分
布 ； 二类边 界条件 ： 第 给定 物体 边界 上 的热 流密度分
形零件 ， 其内壁直接受到高温高压燃气作用 ， 而外侧 又被冷却水包围． 燃烧过程中燃气 的最高温度可达 ２５０℃左 右 ， 如此 大 的内外 壁温 差 下 ， 缸 套将 ０ 在 气
关键词 ： 柴油机 ； 气缸套 ； 变形 ； 限元 热 有
中 图分 类 号 ： ４ １ １ ＴＫ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
柴 油机 的气 缸 是气体 压缩 、 燃烧 和膨胀 的空 间 ， 并对 活塞起支 承 和 导 向作 用． 气缸 套 是一 薄 壁 圆筒
导热 问题 常 见 的 边 界 条 件 可 归 纳 为 以 下 三
表 面 传热系数 ． 即
ｔ— ｔ ＋是 ： 是 ＋ ： ：＝ ｑ （） ２ （） ３
传出的热量及其冷却措施决定了气缸套内壁 的温度 分布． 前者对润滑 、 磨损 、 活塞间隙起决定作用； 后者 决定 了气 缸 套 的热 应 力大小 ． 因此 ， 必须知道 预定 工 况下气 缸套 的温度 分 布 ，而要得 到可 靠 的温度 值 和
进行计算． 本文采用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 软件进行实体 建 ｏｉ ｒｓ ｄ
模 ， 助 Ｃ ＭＯ Ｗｏｋ 进行 有 限元 分析． 借 ＯＳ Ｓ ｒｓ
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
柴油机曲轴强度的三维有限元分析
柴油机设备具有重要的意义，它是用于产生动力的关键组件。
为了确保柴油机的高效、安全和可靠性运行，对柴油机曲轴的强度进行分析是非常重要的。
有限元分析是用来研究复杂结构的计算方法，可以在短的时间内获得较准确的结果。
本文将重点探讨柴油机曲轴强度的三维有限元分析方法。
首先，本文探讨了有限元分析在柴油机强度计算中的应用。
有限元分析是一种数值分析方法，可以准确地考虑复杂工程结构中所有细节，因此可以准确计算柴油机曲轴的强度。
本文还介绍了在有限元分析中建模的步骤，包括几何建模、单元划分、材料参数和边界条件的设置，以及有限元程序的使用。
其次，本文分析了使用有限元分析计算柴油机曲轴强度的结果。
首先，该研究对柴油机曲轴的三维模型进行了建模和仿真，并分析了曲轴计算结果。
研究结果表明，柴油机曲轴的有限元分析能够很好地刻画实际情况，计算结果与实验结果一致。
该研究还分析了柴油机曲轴的强度敏感度，总结了有限元分析考虑的可能参数。
最后，本文对柴油机曲轴的三维有限元分析方法进行了总结，分析了其可行性和有效性，以及其影响柴油机结构可靠度的优劣点。
最后，建议在设计制造柴油机曲轴时，应结合实际情况，考虑复杂运动情况以及负载分布，特别是在高强度轴上应尽可能增加对结构强度的分析，从而提高柴油机曲轴的可靠性和安全性。
综上所述，柴油机曲轴强度的三维有限元分析可以有效地考虑复
杂的结构特性，准确地分析柴油机曲轴的强度，以提高柴油机的可靠性和安全性。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析油机活塞温度场是一种螺旋型非特殊形状结构，其表面温度分布是动力实验中重要的参数。
由于非特殊形状，柴油机活塞的温度场的处理比较困难，采用传统的实验方法，测得的结果只是空间瞬态参数，且测量精度较差，难以反映柴油机活塞的全局温度场的变化规律。
因此，本文采用试验-数值结合的方法，进行柴油机活塞温度场的测量研究，将试验结果和有限元热分析进行比较，以揭示柴油机活塞温度场变化规律。
首先，在柴油机试验台上，测量了具有特定温度场特征的柴油机活塞4孔和4孔2缸普通活塞的温度场。
采用热金属膜传感器对活塞的表面温度进行测量，在发动机工作状态下连续测量活塞温度。
通过活塞工作过程的温度变化特征，可以得出空间瞬态温度场参数，包括最高温度、最低温度、温度梯度和涡流温度。
接着，采用有限元热分析，构建柴油机活塞温度场模型，研究了活塞温度场的变化规律。
为了得到更准确的结果，采用CFD模拟，优化柴油机活塞温度场模型，以准确反映物体表面的温度场变化。
最后，分别对柴油机活塞4孔和4孔2缸普通活塞温度场试验结果和有限元热分析结果进行比较，分析了该活塞温度场变化规律，得到了较准确的柴油机活塞温度场参数。
综上所述，本文采用试验-数值结合的方法，研究了柴油机活塞温度场的变化，可以准确反映活塞温度场的变化特征。
本研究成果可以为柴油机活塞应力分析、热发动机设计和优化提供重要参考。
此外，本文的研究方法也可以被应用在其他柴油机部件，如缸盖、连杆、折杆等，以进行更精确的温度场测量研究。
以上是本文关于《柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析》的介绍，以及对该领域的相关研究和发展趋势的介绍。
通过本文的研究，可以为柴油机活塞应力分析、热发动机设计和优化提供重要参考，从而实现柴油机活塞的高效运行。
柴油机活塞三维温度场数值计算与分析
计算 得 到活塞 的温度 场是 一种 获得 温度 场 的重 要 的 途 径 。但是 ， 针对 具体 型号 的柴油 机 ， 还 需要计 算其
活塞 的温度场 ， 并 以此 为基础 开展 热负荷 评价 。 １ ９ 的研 究 工作 以 １ ９ ５柴 油机 活 塞 为对 象 ， 开 展额 定 工
摘
要： 针对 柴油机 活塞 的热负荷 问题 ， 以１ ９ ５柴油机为研究 对象 ， 建立 了活塞温度 场的数学模 型和边 界条件 ，
进行 了额定工况下 １ ９ ５柴油机活塞温度场 的计算 ， 获得 了温度场 的数值分布 。计算结 果表 明，活塞顶部 的热 负 荷集 中在燃烧室 ， 最 高温度为 ３ ８ ２。 Ｃ ， 位于燃烧 室中心。燃烧 室下部温度较低 ， 背离活塞 中心侧 的外边缘 的温 度 也较低 ， 同时位于燃烧室排放 口的温度 也比较低 ， 而温度较高 的区域分布 于燃 烧室偏 离活塞 中心一侧 。由此 可 见， 活塞顶部的不 同区域温度分布还是 有比较大的差 异。活塞第 １ 环槽 最高温度 为 １ ５ ０℃ ， 活塞 的热负荷 在允
１ 活塞温度场数值计算 的传热学模型
柴 油机 工作 时气缸 内气 体 的温度 与压力 都是 随 着 曲轴 转 角而变 化 的 ， 但 由 于这 种 温度 变 化 的频率 很高 ， 与发 动机 转速成 正 比 ， 并且 仅仅 在受燃 气 冲击 的活 塞表 面几毫 米 薄 层是 变 化 的 ， 温 度 变化 的振 幅 较小 。因而在柴 油 机稳 定 工 况 下 ， 活 塞 的 热传 导 可
以看做 是 准稳态 导热 。对 于额定 工况 下 的 １ ９ ５柴 油
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柴油机 Diesel Engine
Vol .28（2006） No.3
结构与减磨
柴油机缸套三维温度场有限元分析与试验研究
夏 倩，杨建国
（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉 430063 ） 摘 要：建立了柴油 机气缸套数学和几 何模型，确定了合 理的边界条件，利 用 MSC 有限元分析软 件，进行了缸
随着高速化、大功率及增压技术的发展，柴 油机的强化程度不断提高。这一方面促使柴油机 结构更加紧凑，单位功率的重量和体积减少；但 另一方面引起柴油机热负荷增加，使得气缸盖和 气缸套温度增高，润滑条件恶化，气缸套磨损加 剧。如何有效地解决柴油机的热负荷问题，是提 高柴油机受热零部件的可靠性和使用寿命重要的 研究课题。对气缸套传热问题的研究，不仅局限 于改善柴油机工作循环的热效率，从结构设计和 运行可靠性考虑，缸套所传出的热量及其冷却措 施决定了缸套内壁的温度水平和温度场分布，前 者对润滑、磨损、活塞间隙起决定作用；后者决 定了缸套热应力的大小，研究具有重要意义。本 文利用 MSC 有限元软件计算了缸套温度场的分布 情况，分析了缸套的最高温度及相应位置，实测 了柴油机缸套的温度，验证了缸套有限元分析的 正确性，为缸套的设计提供了有益的依据。
2 3 [4]
覆盖，没有受到燃气直接传热。在活塞往复运动 时，气缸体内表面还接受活塞侧面的传热和与气 缸体的摩擦产生的热量。对于行程范围内任一位 置的缸壁内表面，总受热量包含如下三部分：燃 气以对流和辐射方式的传热；燃气通过活塞侧面 传入的热量；活塞与缸壁摩擦传入的热量。 当 S /D ( 行程 / 缸径) 发生变化时，缸体内表面 稳态传热边界条件相对值的分布形态才发生相应 改变。因为当 S /D 增大时，燃气传给活塞、缸盖 的热量减少，即传入气缸体的热量相对增加。 柴油机缸体内表面稳态传热边界条件轴向 高 度上有如下分布规律 [3]： αm （ h） !α n （0 ）（ 1+k" β） "
在 Ω 内应满足的边界条件是
k x φn x+k y φn y+k z φn z !α （φ " -q ） x y z 在 Г3 边界上 式中：ρ—— —材料密度； k x， k y，k z—— — 分别是材料沿 x， y，z 方向 的热传导系数； Q=Q （x ， y， z） —— 物体内部的热源密度； n x，n y， n z—— — 边界外法线的方向余弦； φ!φ （Г） —— 边界上的给定温度，称为 第一类边界条件； q !q （Г） — 边界上的给定热流量，称为 —— 第二类边界条件； α—— — 放热系数。 φ !φ" （Г）在自然对流条件下，φ a 是外界 环境温度；在强迫对流条件，φ a 是边界层的绝热
!
引
言
x
三维问题中，稳态温度场 φ（ x， y， z）在直 角坐标系中应满足的微分方程[1]： [k x φ ]+ [k φ]+ x x x y φ !φ k x φn x+k y φn y+k z φn z !q x y z x [k z φ]+ρQ !0（1） z 在 Г1 边界上 在 Г2 边界上
套的温度场三维有限元分析，实测了柴油机的缸套温度，验证了有限元计算的准确性。 关键词：气缸套；有限元；温度场；测量 中图分类号：TK423.2 文献标识码：A 文章编号：1001-4357（2006）03-0024-04
$%&’()*+’,* -./ 0)(1)23452) 6*378+’+ 3*9 .:1)2’()*4 ;)+)32<= ,* >87’*9)2 ?’*)2 ,@ &’)+)7 .*A’*)
BC6 D’3*，E6FG H’3*A5, （School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, HubeiWuhan430063 ） 6I+423<4J The more integrative mathematical and the geometry model of cylinder liner were set up and boundary conditions were established reasonably. The temperature field of the cylinder liner is calculated by using MSC software, which is a 3-dimension FEM analysis software. The accuracy of it was validated by experimental results. K)8L,29+J cylinder liner; FEM; temperature field; experimental measurement
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Байду номын сангаас
气缸套温度场的有限元分析
缸套数学模型的建立 导热微分方程及边界条件
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收修改稿日期：2006-03-12 作者简介：夏倩（1981- ） ，女，硕士，研究方向为柴油机测试及有限元分析。
2006 年 5 月
夏倩等：柴油机缸套三维温度场有限元分析与试验研究
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温度；称为第三类边界条件，文中主要采用第三 类边界条件，即对流边界条件。 !"! !"!"# 缸内换热系数及缸套换热系数的确定 缸内换热系数的确定 缸内传热过程极其复杂，各种传热现象（如 导热、对流、辐射）的耦合作用造成理论分析和 试验测 量都困难，许 多机理问 题至今未 能解决。 一般认为工质向缸壁的传热可以视为辐射和对流 的综合过程，并以对流为主。以往和最近研究表 明：一个循环内的热流量，辐射换热量还不到全 部换热量的 10%，因此，可将辐射换热计入对流 换热这一项来考虑，这样，经过气缸表面每单位 面积所导入的热流量由牛顿冷却公式得[2]： q =αm （Tres） -Tw 环内所导出的热流密度； αm— 燃气到壁面一个循环内的平均换热系 数； Tres— 燃气在一个循环内的综合平均温度； Tw — 燃烧室壁面的平均温度。 通常对流换热系数的确定采用一些经验或半 经验的计算公式来进行，在文献[3] 中介绍了 20 种 计算公式，对于气缸套，采用推荐的 Eichelberg 公 式 计算每度曲轴转角对应的燃气换热系数： α=1.67 !Cm ! PT 式中： Cm — 活塞平均速度，m/s； P — 燃气瞬时压力， kg/cm ；