发动机活塞有限元计算分析
发动机活塞三维有限元计算报告
发动机活塞三维有限元计算报告目录1、计算目的及要求 (3)2、计算对象及计算思路 (3)3、活塞喷油冷却计算 (3)3.1 几何模型 (3)3.2网格划分 (4)3.3边界条件 (4)3.4结果分析 (5)3.5活塞强制振荡冷却的瞬态数值模拟 (5)3.5.1边界条件设置 (6)4、活塞温度场计算 (8)4.1 有限元网格 (8)4.2 热边界条件 (9)4.3额定工况输出结果 (9)5、活塞热-机耦合计算 (11)5.1网格模型 (12)5.2 活塞机械负荷边界条件 (12)5.3活塞顶部燃气压力的施加 (12)5.4活塞热机耦合应力分析 (13)6、疲劳分析 (14)6.1 疲劳计算 (14)6.2 结果分析 (14)7、活塞变形分析 (15)7.1热负荷下活塞变形量 (15)7.2热机耦合下活塞变形量 (15)8、计算结论及建议 (16)1、计算目的及要求根据发动机对活塞动力性能的要求，保证在额定转速工况下活塞的应力以及疲劳变形在合理的范围之内，使活塞正常运行，不会出现卡环以及疲劳破坏现象，对发动机进行分析计算，评判其相应的性能。
2、计算对象及计算思路的基本参数如表2.1所示。
表2.1 活塞三维计算基本参数型式4缸、立式、直列、四冲程、水冷缸径（mm）98额定转速（rp/m）2400最大爆发压力（MPa）143、活塞喷油冷却计算表3.1活塞喷油冷却计算所需基本参数额定转速（rpm）2400开始时刻曲柄转角（deg) 180活塞冲程（mm）105连杆长度（mm）170喷嘴流量2L/min喷孔孔径回油孔径2.7mm 6mm3.1 几何模型由于提供的是实体模型，所以首要手动将CFD计算区域及流体流过区域进行提取，并将流体进出口封闭。
原始几何模型和提取流体域之后的几何模型如图3.1所示：图3.1活塞稳态、瞬态喷油冷却的几何模型3.2网格划分由设计部分获取活塞的几何模型以及柴油机的相关参数。
对活塞的几何模型进行预处理，从中提取出活塞位于下止点处的喷油流场几何模型。
汽车发动机活塞受力有限元分析
如 图 ２ ：
图 ２ 活 塞模 型 网络 划 分 图
１３ 约束 条件和 载荷 的施加 ．
由于活塞 与活塞 环 都承受 了燃 气压 力 ，但是 活 塞环 的面 积相对 于 活塞 面 的大小 而言 相对 较小 ， 所 以本 文 中认定 为相 等 。本文选 取 表面燃 气压 力 为 ６ ａ 即可 以计算 得 到气体 作 用力 、 ＭＰ ， 连杆 的反 作用 力
．
Ｄ — 气缸 直径 —
（ ） 塞 组 件 的 惯 性 力 ２活
＼ ． 、
Ｘ
图 １ 活 塞 受 力 分 析 图
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １— ６ ０
作者简介 ： 奕 帆 ， ， 汪 男 宁波 工 程 学 院机 械 学 院 汽 车 服 务 工 程 ０ ２班 学 生 ； 导 老 师 ： 焕 新 ， ， 波 工 程 学 院 机 械 学 院 ８ 指 姚 男 宁 副教授。
和活塞 的惯性 力 。活塞 的惯性力 可 以通过施 加加 速度得 以实现 ， 活塞加 速度 ｉ ２ ５ ７ ｍｓ ２ ． 为 ０２（ 一 ） １４ 计算 结果及 分析 ．
模． 因为 ａ ｓｓ ｎｙ 的建 模 功能 没有 前几 款 软件 强 大 。本 文 在建 模 过程 中 ，对 于连 杆应 力影 响 不 大 的一 些过
度 圆角 和 润滑孔 等 进行 了省 略 ，这 并 不 影 响分 析所 要 求 的精 度 。 样 既节 省 了计算 时 间 ， 这 又减少 了存储 容量。 同时 ， 义模 型 的弹性 模量 、 松 比、 定 泊 密度 等 的
柴油机不同工况的活塞应力场有限元计算分析
柴油机不同工况的活塞应力场有限元计算分析3
魏海军 于洪亮 孙培廷 段树林 尹 峰 孙建波
(大连海事大学轮机工程学院 大连 116026)
摘要: 利用 SU PER SA P 对 Su lzer 6RND 68 柴油机在不同工况下的活塞应力场进行有限元计算分 析, 发现柴油机燃烧状况对活塞的应力场有着较大影响, 尤其在燃烧质量不佳及柴油机超负荷运 转时, 其表现为活塞顶部的温度呈指数上升; 活塞当量应力最大值是在第 1 点, 其当量应力值为 1 404 M Pa, 此项研究为柴油机活塞顶部裂纹和烧蚀以及第一道活塞环断裂的原因提供了理论依 据, 为轮机管理人员提供了借鉴与参考. 关键词: 柴油机; 活塞; 应力场; 有限元计算 中图法分类号: U 664
4 结 论
图 3 机械载荷作用下活塞位移图
1) 用U PER SA P 对Su lzer RND 68 柴油机在
·256·
武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2006 年 第 30 卷
表 2 活塞各节点当量应力比较
M Pa
特征点编号
ห้องสมุดไป่ตู้
轴向应力
径向应力
周向应力
剪应力
当量应力
1
2 322 779. 9
A b stra c t
T h is p ap er stud ies the p iston’s st ress and tem p era tu re field of Su lzer 6RND 68 m a rine d iesel en2 g ine in d ifferen t w o rk ing cond it ion s by u sing the fin ite elem en t ana lysis. It is found tha t the com bu s2 t ion cond it ion ha s a sign ifican t im p act on the p iston’s st ress field, esp ecia lly w hen the bu rn ing qua lity is w o rse and the eng ine is overload ing, the p iston head tem p era tu re increa se exponen t ia lly. T he m ax i2 m um equ iva len t w eigh t of p iston’s st ress is a t first po in t and the va lue is 1404M Pa. T h is study p ro2 vides the theo ret ica l evidence fo r iden t ifying the crack of the p iston head and the rup tu re of the first p iston ring. Key words: Su lzer 6RND 68 m a rine d iesel eng ine; p iston; st ress field; fin ite elem en t ca lcu la t ion
基于有限元分析的S195活塞的改进设计[1]
![基于有限元分析的S195活塞的改进设计[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b26c8d7802768e9951e73869.png)
基于有限元方法的S195柴油机活塞设计[摘要] 本文针对将S195型柴油机的涡流室燃烧室改为直喷式燃烧室,对活塞的结构进行了改进设计。
对改进后的发动机进行了热力计算和动力计算，将计算所求得的最高爆发压力和对应的加速度所产生的惯性力作为活塞最危险工作情况，利用有限元分析软件ANSYS对其进行机械应力分析，得出活塞应力云图和变形云图，根据分析结果，活塞的最大应力和最大位移并没有超出允许范围,本设计满足了改进后发动机的实际工况。
[关键词] 活塞；ANSYS；内燃机The Design of Piston in S195 Diesel Engine Based on Finite ElementMethodAbstract To satify the new condition of swirl chamber being changed into direct injection combustion chamber and improve the fuel economy , the structure of piston in S195 Diesel Engine was redesigned. The thermodynamic and power calculation were done .The combustion chanber and piston ring etc were changed to adjust to the direct injection diesel engine. The maximum outbreak pressure obtained by calculation and the inertial force generated by the corresponding piston acceleration were recognized as the most dangerous working conditions, using ANSYS finite element analysis software for mechanical stress analysis , the piston stress and deformation cloud were obtained . According to the result of the analysis,the maximum stress and maximum displacement of the piston does not exceed the permissible range, the design can meet the actual engine operating conditions.Key words Piston ; ANSYS ; Internal Combustion Engine.目录引言 (1)1.直喷式S195柴油机热力计算和动力计算 (1)1.1 热力计算 (2)1.1.1 原始参数及己知条件 (2)1.1.2 选定参数 (3)1.1.3 气缸工作过程计算 (3)1.1.4 示功图绘制 (6)1.2 动力计算 (8)2．活塞主要尺寸设计及强度计算 (11)2.1 活塞的工作条件、材料以及设计要求 (11)2.2 主要尺寸设计 (12)2.2.1 燃烧室尺寸 (12)2.2.2 顶岸高度 (13)2.2.3 活塞环 (14)2.2.4 活塞顶厚度 (15)2.2.5 裙部长度 (15)2.2.6 销座设计 (15)2.2.7 活塞强度计算 (16)3. 活塞有限元分析 (18)3．1 三维实体建模 (18)3．2 有限元网格划分 (19)3．3 机械负荷分析 (19)3.3.1 计算工况及载荷确定 (19)3.3.2 载荷施加过程 (20)3.3.3 有限元分析结果 (23)结束语 (26)致谢 (27)参考文献 (28)引言柴油机广泛应用于现代农业，是现代农业生产所必需的动力机械，涉及农、林、牧、副、渔各部门及其产前、产中、产后各作业环节。
柴油机活塞有限元分析
图1 1/4活塞有限元模型■ 武汉大学/徐 辉柴油机活塞有限元分析有限元分析步骤分为三维模型制作，导入C AD 模型，设置材料属性，设置接触状态，设置边界条件，设 置求解类型、约束和载荷，指定输出结果，分析处理计 算结果。
本文通过柴油发动机性能摸底获取了发动机实际 运行中的缸内燃烧爆发压力18M P a ，假设活塞顶面最 高运行温度为375℃，发动机额定功率和转速为254k W / 1900r·mi n －1，最大转矩为1635N·m/1200r·mi n －1，用以上 数据作为FE A 分析的边界条件进行分析。
边界条件的处理边界条件处理是否合理直接影响计算结果是否精确。
对于高升功率和高燃油喷射压力的柴油机，进行燃 烧模拟估算进入缸套的热流量能够为有限元提供很好的 输入，但是通常供应商不具备这个能力，他们通常是参 照同等机型活塞开发的经验数据，对比机型的升功率、 燃烧爆压、燃烧室形状、换热系数，然后给一个相对合 适的输入。
当然，要想准确获得各个表面的换热系数十分困 难。
通常是在已有的经验公式基础上计算获得一个近似 值，然后通过多次计算，根据已有的试验数据再进行调 整。
也就是说，在进行过渡工况的温度场计算前，先要 进行几次稳定工况的温度场计算，以此验证边界条件是 否恰当。
实际上采用温度塞获取的温度场数据更真实，然后 再用温度场获得的数据修正有限元的分析并最终优化活 塞的设计是必要的。
模拟最坏的情况（最大功率、额定转速、最大爆压 18MPa 、最大测量温度）作如下条件假设：（1）只考虑温度。
（2）同时考虑温度和额定转速下产生的惯性力。
（ 3 ）考虑温度、惯性力和侧向力（曲轴转角 117°）。
（4）考虑温度、惯性力、爆压和侧向力（曲轴转 角250°）。
（5）考虑温度、惯性力、爆压和最大副推力侧侧 向力（曲轴转角344°）。
（6）考虑温度、惯性力、峰值爆压和侧向力（曲 轴转角367°）。
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。
柴油机活塞有限元分析与结构改进
柴油机活塞有限元分析与结构改进作者：苏冠领张文强来源：《时代汽车》2023年第21期摘要：本文探讨了柴油机活塞结构的有限元分析及其改进方法。
通过建立活塞结构分析模型和设置边界条件，得到了活塞在不同工况下的应力分布情况。
在此基础上，分别探讨了加强筋设计、壁厚优化设计、拓扑优化设计和参数化设计等活塞结构改进方法，并分析了其优缺点，本文旨在为柴油机活塞结构的优化设计提供一定的参考依据。
关键词：柴油机活塞有限元分析结构改进加强筋壁厚优化1 引言柴油机作为一种重要的动力设备，其活塞作为核心部件，直接影响着发动机的性能和寿命。
因此，如何优化活塞结构以提高其性能和可靠性，一直是柴油机研发和制造领域的重要课题之一。
在过去的几十年中，随着计算机技术和有限元分析方法的不断发展，活塞结构的有限元分析和改进方法也得到了广泛的研究和应用。
本文将对柴油机活塞结构进行有限元分析，并针对不同的问题提出相应的改进方法，以期为活塞结构的优化设计提供一定的参考依据。
2 活塞结构分析方法2.1 有限元分析原理及方法有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种常用于工程领域中的数值计算方法，主要用于求解连续介质力学问题。
它通过将连续介质划分为有限数量的小单元，采用变分原理及相关数值方法，求解出每个小单元的物理量，进而得到整个连续介质的解。
有限元分析的方法一般包括以下几个步骤：（1）建立模型：建立模型是有限元分析的第一步。
将实际问题转化为数学模型，定义模型的几何形状、材料特性、边界条件等。
（2）离散化：离散化是将模型分割成许多小单元，每个小单元可以用简单的几何形状来表示，例如三角形、四边形等。
离散化的数量越多，计算结果越精确。
（3）设定节点自由度：在每个小单元中，选定一些节点作为计算的基准点，并规定每个节点上的自由度。
自由度通常包括位移、转角等。
（4）构建刚度矩阵：对于每个小单元，根据其几何形状、材料特性、边界条件等，可以求出其刚度矩阵，刚度矩阵反映了该小单元的刚度特性。
活塞有限元分析
1998年第19卷第2期华 北 工 学 院 学 报V o l .19 N o .2 1998(总第62期)JOURNAL OF NORTH CH INA INSTITUTE OF TECHNOLOG Y (Sum N o .62)活塞有限元分析Ξ周先辉 马 峻 李伯民 (华北工学院,太原030051)摘 要 运用现代设计分析方法,建立了一种活塞实体有限元模型.分析计算了一种新设计的直径100mm 柴油机活塞的温度场以及综合变形与应力.计算结果表明:活塞综合变形不呈轴对称分布,裙部过大的径向变形是造成活塞拉缸的主要原因;综合应力峰值出现在销座内侧及冷却油腔处,是造成活塞常见破坏形式(销座及冷却油腔开裂)的主要原因.关键词 活塞;有限元;内燃机中图分类号 T K 402 活塞是内燃机的重要零部件之一,它所处的工况条件很恶劣,其机械负荷与热负荷是影响活塞结构、关系发动机性能的主要因素.热应力与机械应力迭加可导致活塞破坏,而热变形与机械变形迭加可导致拉缸等现象,热负荷往往成为柴油机进一步强化的障碍.因此,活塞机械应力与热应力及其相应变形的计算是活塞设计与制造的基础.本文利用工作站I 2D EA S 软件对新设计的一种直径为100mm 的铝合金活塞(LD 11)作三维应力和变形的有限元分析.1 有限元模型111 有限元网络图1 活塞实体有限元网络模型 对活塞的应力与变形作三维分析,在保证分析精度的前提下,为简化计算,看作其为对称性,取1 4活塞作为计算模型.把由特征模型建立的1 4活塞实体模型引入到有限元模型中,用网络自动生成技术产生有限元网络.对新设计的一直径100mm ,高120mm 的1 4活塞实体模型自动生成网络,其单元长度为6mm ,单元类型为线性四面体实体单元,曲线上单元偏移度为20%时,共产生9420个单元,2334个节点,经检测单元畸变小于0.01,网络模型图如图1所示.112 静力计算边界条件进行静力计算时,根据有限元理论,垂直于活塞1 4模型的两剖面上的全部节点位移均约束为0.另外,约束活塞销孔与活塞销接触部分的节点轴向位移,即销孔上素线上的节点沿活塞轴向位移约束值按活塞销变形位移值确定,从而模拟活塞销对活塞的约束[2].如此,活塞可向其两头和径向自由变形.113 传热边界条件在每次燃烧过程中,大约有燃料总发热量的2%～4%[1]的热量传到活塞上,传入活塞中的热量大部分是通过活塞环、活塞本体、活塞内腔表面内的空气润滑油雾以及冷却油腔中的机油带走的.本文论述的是具有冷却油腔的活塞与外界热量交换处于动态平衡时的状态,并计算活塞的三维稳态温度场.计算中取第三类传热边界条件[3]-Κ(5T 5n ) #=Α(T -T f ) #.换热系数Α和介质温度T f 根据经验公式、特征点温度实测值及计算结果估计.活塞顶面燃气的平均温度Ξ为(800～1000)℃,换热系数沿径向的变化范围为(250～600)W(m 2・℃);外侧汽缸套的温度沿轴向的变化范围为(250～100)℃,换热系数取(300～1000)W(m 2・℃);冷却油腔的温度为(80～120)℃,换热系数(1500～3000)W (m 2・℃);活塞内腔与油雾的换热系数Α自下而上取(100～210)W(m 2・℃),介质温度为曲轴箱内机油温度60℃;活塞销孔与活塞销之间等效换热系数为150W (m 2・℃),活塞销温度为70℃.114 载荷条件活塞的机械负荷有燃气压力、往复惯性力、侧压力三种.由于活塞往复惯性力方向与燃气压力方向相反,往复惯性力削弱了燃气压力的作用,因此为保证新设计的活塞具有足够的安全系数,计算时不考虑活塞的往复惯性力.活塞所受的侧压力根据实际情况对结构破坏并不起明显作用,可以忽略.分析发动机示功图可知,对柴油机而言,最高燃烧压力p z 一般在(14～17)M Pa 范围内.由于活塞头部与汽缸间的间隙节流作用,在第一环岸周围的气体压力为0.9p z ,第二环岸周围的气体压力为0.2p z ,其它环岸周围的气体压力忽略不计.计算中取p z =14M Pa ,并垂直加于活塞顶面实体单元自由面上.垂直第一环岸上表面实体单元自由面压力取12.6M Pa ,垂直第二环岸上表面实体单元自由面压力取2.8M Pa ,垂直火力岸表面实体单元自由面的压力取13M Pa .活塞的热负荷根据温度场的计算结果自动转换为节点温度和温度梯度,加在所有单元的节点上.2 温度场计算结果活塞温度场如图2所示.由图2可见,活塞温度分布基本上呈轴对称,活塞销对活塞温度分布的影响很小.燃烧室中心与边缘温度分布最高(310℃左右),冷却油腔明显降低了活塞温度,改善了第一环槽处的温度分布状况,活塞裙部温度分布较低,裙底温度基本相同(最低温度148112℃).3 应力与变形计算结果311 机械应力与机械变形图2 活塞温度场图3 活塞的机械应力 活塞承受燃气压力后其变形是不均匀的.在活塞销侧断面上,由于销座刚性较大,加上轴向约束作用,活塞裙部的变形较小;在推力侧断面上,裙部较薄,又无轴向约束,因而裙部变形较大.活塞顶面上靠推力侧断面一侧的轴向位移大于靠活塞销侧断面一侧的轴向位移,活塞两侧轴向位移相差38.7Λm ,使活塞顶面呈弯曲变形,靠顶面下榻一侧的活塞环槽壁向内挤压,而靠顶面拱起一侧的活塞环槽壁向外翘曲.活塞裙底,在推力侧断面上向内挤压,向内位移为35Λm ;在活塞销侧断面上向外翘曲,向外位移为36.4Λm .在活塞各部位产生的主应力如图3所示(最大主应力为86117M Pa ).由图3可知,在销座内侧上端处产生了很大的拉伸应力,这是从销座产生裂纹的主要原因.活塞顶面中央产生压缩应力,而在活塞顶中央内侧产生拉伸应力.冷却油腔左右两侧出现压应力,上下两端为拉应力且下端应力值高于上端.312 热应力与热变形活塞头部的热变形基本呈轴对称分布,活塞顶部及火力岸区比活塞环槽部分发生更大的轴向变形,271华 北 工 学 院 学 报1998年第2期轴向变形导致活塞顶向外弯曲.各横截面外圆周线上节点的径向变形逐渐减小,热变形后头部变成倒圆锥形面.在活塞裙部,各个横截面外圆周线上节点的径向变形不一致,推力侧断面一侧的径向变形小于图4 活塞的热应力活塞销侧断面的径向变形量,因此活塞裙部横截面热变形后呈椭圆状,长轴为销孔轴线方向.活塞纵剖面中外型面素线上的节点径向变形量由上至下逐渐减小.因此,裙部为正圆柱型面活塞,热变形后成为横截面为椭圆的近似倒锥形.由热应力分布(图4)可看出(最大主应力74.08M Pa ),由于冷却油腔的强制冷却作用及冷却油腔的结构、形状、尺寸等因素,该处热应力明显集中,冷却油腔下端热应力明显高于上端,最大热应力点位于油腔下端圆弧上靠外侧处,这是造成冷却油腔向外开裂的主要原因.活塞头部的热应力基本呈轴对称分布,无过度圆角处热应力明显增高,裙体的热应力很小.313 综合应力与变形将机械应力、机械变形分别与热应力、热变形迭加,得到活塞的综合应力与变形值.迭加后活塞的变形不呈轴对称分布,活塞顶面上靠推力侧断面一侧的轴向位移小于靠活塞销侧断面一侧的轴向位移,两侧轴向位移差45Λm ,使顶面呈弯曲变形.在活塞销侧断面上外型面素线上的节点径向变形由顶部至裙底逐渐减小,在推力侧断面一侧,活塞外型面素线径向变形为负值(向内变形),横断面变形后呈椭圆状且椭圆度值由顶部至裙底逐渐减小,长轴方向为销孔轴线方向,最大径向变形量0.865mm ,最小径向变形量0.352mm .由I 2D EA S 后处理应力图知,活塞综合应力峰值位于冷却油腔下端及销座内侧处,冷却油腔下端应力峰值为92.8M Pa ,销座内侧上端应力峰值为120M Pa ,这是造成活塞常见破坏形式的主要原因.4 结 论活塞在机械负荷与热负荷作用下其变形是不均匀的,由裙底至头部径向变形逐渐加大,横截面变形后呈椭圆状且椭圆度值由顶部至裙底逐渐减小,长轴方向为销孔轴线方向,这是造成活塞拉缸的主要原因,这种变形规律推动着活塞型面朝中凸变椭圆方向发展.销座内侧以及冷却油腔处应力峰值是造成活塞常见破坏形式的主要原因,销座内侧开裂主要由机械负荷引起,冷却油腔开裂主要由热负荷引起.活塞顶面设计应尽量避免尖角,否则该处热应力将明显增大.参考文献1 西安交通大学内燃机教研室.柴油机设计(上册).西安:西安交通大学出版社,1995.45～822 林宝阳.组合式活塞的一种实体有限元模型与分析.内燃机工程,1997,(18):65～693 邱士均.分体式活塞结构热传导特性分析.北方交通大学学报,1996,(8):449～453F I N IT E EL EM EN T ANAL YS IS O F A P ISTONZ hou X ianhu i M a J un L i B o m in(N o rth Ch ina In stitu te of T echno logy ,T aiyuan 030051)Abstract A pp lying m odern design and analysis m ethod ,a so lid fin ite elem en t m odel of p is 2ton is p resen ted in th is p ap er .U sing th is m odel ,the tem p eratu re field ,resu ltan t stresses and defo rm ati on of the p iston designed fo r a new diesel engine have been p redicted .T he re 2su lts show that the resu ltan t defo rm ati on is no t ax ially symm etrical ,too m uch diam etrical defo rm ati on on p iston con tou r p art is the cau se of p u lling cylinder ,the p eak value of resu l 2tan t stress in side the p in base and on the coo ling o il ho le is the reason of p iston comm on de 2stroying (the b reak ing of p in base and coo ling o il ho le ).371(总第62期)活塞有限元分析(周先辉等)。
基于有限元的制动器活塞优化设计
基于有限元的制动器活塞优化设计有限元分析是一种计算力学方法，广泛应用于工程设计中，进行各种结构、材料和加载情况下的模拟、分析和优化。
在车辆制动器设计中，有限元方法可以模拟制动器的各种工作情况，包括制动力、温度和应力等。
本文将基于有限元分析，探讨制动器活塞的优化设计。
制动器活塞是制动器的重要组成部分，其作用是将制动器片压在制动盘或制动鼓上，发挥制动效果。
在制动器的工作过程中，活塞受到制动力、摩擦力和热膨胀等多重因素的影响，可能会出现变形、裂纹和疲劳等问题。
因此，通过有限元分析对活塞进行优化设计，可以提高制动器的性能和可靠性。
首先，进行活塞的材料选择。
制动器活塞需要具有较高的强度和刚度，以承受制动力、摩擦力和热膨胀等多方面的载荷。
一些常见的活塞材料包括铝合金、钢和铸铁等。
在进行有限元分析时，需要将活塞的材料特性输入到有限元分析软件中，以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
其次，进行活塞的设计。
在活塞的设计中，需要考虑活塞的几何形状和尺寸。
活塞的几何形状和尺寸会影响到活塞的刚度和强度。
因此，在进行有限元分析时，需要对不同设计方案进行模拟计算，以得出最佳的活塞设计方案。
此外，还需要考虑活塞的表面处理方式，如镀铬、喷涂或阳极氧化等，以提高活塞的表面硬度和抗腐蚀性能。
最后，进行活塞的优化。
在进行有限元分析后，可以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
如果发现存在应力集中或变形过大的问题，需要对活塞进行优化设计。
针对应力集中问题，可以对活塞的几何形状进行调整；针对变形过大问题，可以对活塞的截面积或材料进行修改。
通过不断进行有限元分析和优化，可以得出最优化的活塞设计方案，以满足制动器的性能和可靠性需求。
综上所述，有限元分析是制动器活塞优化设计中非常重要的工具，可以帮助设计人员预测活塞在不同工况下的应力和变形情况，提供有效的设计方案，提高制动器的性能和可靠性。
为了更好地进行数据分析，我们需要先确定要分析的数据类型和相关特征。
活塞计算分析
柴油机活塞新、旧方案的对比计算分析.[ 摘要] 应用ANSYS软件对柴油机重要部件—活塞原结构及其改进后的方案进行三维有限元分析。
首先，对活塞进行热分析，得到它的温度场分布情况，并在此基础上计算其不同工况下的综合应力场. 分析结果表明：新方案活塞的强度、刚度以及可靠性均优于原结构。
[ 关键词]柴油机；活塞；有限元分析；温度场Comparative Analysis on New and Old Piston of16V280ZJH Diesel.[ Abstract ] By using software ANSYS，three-dimensional FEA is applied to the piston，an important parts of diesel，when it is in its original form and its modified structure. First of all，the thermalanalysis is presented and the temperature distribution of the piston is obtained. Based onthis condition，the integrative stress field is computed in various working performance of thepiston. The results of this analysis indicate that the strength，rigidity and reliability of the newstructure of the piston are better than its original form.[ Keyword ] Diesel；Piston；FEA；temperature field1前言活塞是柴油机的主要受热零件，工作时，处于高温、高压、高负荷的恶劣环境下，经受周期性交变的机械负荷和热负荷的作用，容易发生故障。
C6190ZL C-A柴油机活塞温度场有限元分析
（ 胜 利 油田胜 利动 力机械 集 团有 限公 司， 山 东 东营
２ ５ ７ ０ ３ ２ ）
摘要 ： 活塞是 柴油机 的重要 组 成部件 ， 承 受 着很 高的 热 负荷 ， 活塞 的 温度 场 可 以直观 的展
现 活 塞温度 及其 热 流分布 ， 为活塞 的设 计和优 化 指 明方 向。本 文利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ ４ ． ０进行
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ａ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｈ ａ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ．Ｔｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｙ ｓ ｈ ｏ ｗ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ｌｕ ｆ ｘ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ
ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ．ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｅ ｓ
Ｃ６１ ９ ０ＺＬ Ｃ —Ａ Ｄｉ ｅ ｓ ｅ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ Ｐｉ ｓ ｔ ｏ ｎ
ＷＥ Ｎ Ｘ ｉ —ｐ ｅ ｎ ｇ ， Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｌ ｅ ｉ ， Ｑ Ｉ ＡＮ Ａ ｉ — ｈ ｕ ａ
有限元分析课程设计活塞
有限元分析课程设计活塞一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握有限元分析的基本原理和方法，能够熟练运用有限元分析软件进行工程问题的分析和计算。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：使学生了解有限元分析的基本概念、原理和方法，掌握有限元分析的基本步骤和技巧，熟悉常见的有限元分析软件。
2.技能目标：通过实例教学，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算，能够独立完成有限元分析的基本操作。
3.情感态度价值观目标：培养学生对工程问题的分析和解决能力，提高学生的科学素养和创新能力，使学生能够认识到有限元分析在工程实际中的应用价值。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括有限元分析的基本概念、原理和方法，有限元分析的基本步骤和技巧，以及有限元分析软件的应用。
具体安排如下：1.有限元分析的基本概念：介绍有限元分析的定义、特点和发展历程。
2.有限元分析的基本原理：讲解有限元分析的基本原理，包括离散化方法、节点和元素的概念。
3.有限元分析的基本方法：介绍有限元分析的基本方法，包括静态分析、动态分析和温度分析等。
4.有限元分析的基本步骤：讲解有限元分析的基本步骤，包括模型的建立、网格的划分、加载和求解等。
5.有限元分析软件的应用：介绍常见的有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS等，并通过实例教学，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法和讨论法等。
具体安排如下：1.讲授法：通过课堂讲授，使学生掌握有限元分析的基本概念、原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生了解有限元分析在工程实际中的应用和技巧。
3.实验法：通过上机实验，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算。
4.讨论法：通过分组讨论和课堂讨论，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学素养和创新能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的有限元分析教材，作为学生学习的主要参考资料。
发动机活塞有限元计算分析
发动机活塞有限元计算分析摘要：本文基于有限元方法，对发动机活塞进行了计算分析，对其结构进行了优化设计，通过数值模拟对优化后的发动机活塞性能进行了评估，并与传统的设计方案进行了比较。
研究结果表明，优化后的发动机活塞具有更好的强度和刚度，其疲劳寿命和耐磨性也得到了明显的提高。
该研究对于提高发动机的工作效率和可靠性具有重要意义。
关键词：发动机活塞；有限元方法；优化设计；数值模拟；疲劳寿命；耐磨性。
正文：引言发动机活塞是发动机内部重要零件之一，其结构设计直接影响发动机的工作效率和可靠性。
如何提高发动机活塞的强度、刚度、疲劳寿命和耐磨性是当前研究的热点。
有限元方法是一种广泛应用于结构计算分析的数值计算方法，其特点是能够对结构的受力情况进行精确的计算和分析。
在发动机活塞的设计中，有限元方法能够对不同结构参数进行优化，其优化结果可通过数值模拟进行评估。
本文以发动机活塞的有限元计算分析为研究对象，通过对其结构进行优化设计和数值模拟评估，旨在提高其工作效率和可靠性。
方法本文采用有限元方法，对发动机活塞的结构进行了优化设计，并基于计算模型进行了数值模拟分析。
其中，对于优化设计部分，在不影响原结构的情况下，对原发动机活塞进行了改进，提高其强度和刚度；对于数值模拟部分，采用ANSYS软件对优化后的发动机活塞进行了疲劳寿命和耐磨性的数值模拟。
结果及分析通过结构优化设计，本文得到了一种新的发动机活塞结构。
数值模拟结果表明，优化后的发动机活塞具有更好的强度和刚度，其疲劳寿命和耐磨性也得到了明显的提高。
与传统的设计方案相比，新结构的发动机活塞在受力情况下表现更加均匀稳定，其结构寿命得到了有效延长。
结论本文基于有限元方法对发动机活塞进行了结构优化设计，并通过数值模拟对其性能进行了评估。
研究结果表明，优化后的发动机活塞具有更好的强度和刚度，其疲劳寿命和耐磨性也得到了明显的提高。
本文的研究为提高发动机的工作效率和可靠性提供了有力支持，并为将来的研究提供了参考。
柴油机活塞和连杆运动的有限元分析
柴油机活塞和连杆运动的有限元分析聂建军⑴ 杜发荣⑵ 袁 峰⑴ 张海英⑵ 范小彬⑵⑴453002 新乡内燃机厂⑵471039 河南科技大学 摘要 本课题基于运动弹性动力学理论以及有限元分析方法,利用美国S DRC 公司的I 2DE AS 软件,对含运动副间隙的X N2110柴油机的活塞、连杆机构建立了动力学模型;运用KE D 分析中的“瞬时结构”假定,计算出了柴油机膨胀冲程19个瞬时结构条件下的位移、应力、应变,求出了机构的动态响应,得到了用KE D 法求出的活塞弹性变形值,从而为柴油机实现精确控制提供了可靠的理论依据。
Abstract On the basis of m odern theories of vibration ,KE D analysis and finite element method ,a kinetic m odel of piston 2linkage mechanism of X N2110diesel engine was set up by I 2DE AS s oftware of S DRC US A.By the presumption of ”transient struc 2ture ”in KE D analysis ,the mechanism ’s stress ,displacement ,strain ,m odes ,frequency and the dynamic responses in nineteen transient structure conditions during the expanding stroke are calculated ,and the difference of piston elastic deformation between KE D or KES value are als o g otten. 关键词:柴油机 KE D 活塞 弹性变形 传统的内燃机机构设计、计算中,都是将曲柄连杆机构构件作为刚性件来处理,而且不考虑运动副的间隙。
大功率柴油机活塞环气环的强度有限元分析
来稿日期： 作者简介：卢耀辉（1973- ），男，副教授，工学博士，主要从事车辆结构强度与可靠性方面的研究。
E-mail大功率柴油机活塞环气环的强度有限元分析卢耀辉，张舒翔，谢宁，郭明（西南交通大学机械工程学院，四川成都，610031）摘要：活塞环在高速、高温、高压及润滑困难的恶劣条件下工作，是大功率柴油机中工作寿命最短的零部件之一，其强度特性直接影响柴油机的工作可靠性和使用寿命。
针对柴油机的性能要求，结合活塞环第一道气环的理论参数，建立缸套、气环、活塞的简化模型；设置套装接触，对其强度进行了有限元分析。
结果显示：最大套装应力43.393max ='σMPa ，最大工作应力288.27=max σMPa 均在许用安全范围之内。
最后计算出活塞环热传导时的温度场分布，结果显示其导热性能良好，满足设计需求。
有限元分析结果与理论计算结果相比一致，从而为活塞环气环的设计提供参考。
关键词：柴油机；活塞环；有限元分析；强度；传热性中图分类号：U464.13文献标志码 AStrength Finite Element Analysis of Piston Gas Ring for High-Power Diesel EngineLU Yao-hui, ZHANG Shu-xiang, XIE Ning, GUO Ming(School of Mechanical Engineering of Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan, 610031, China) Abstract ： Piston rings work under harsh conditions along with high-speed, high-temperature, high pressure and difficult to lubricate. So it is the part with shortest working life in all parts of engine. The quality of piston rings will directly affect the operational reliability and working life of engine. Against the diesel engine performance and requirements, this paper simplified models, set the contact, and then conducts the strength finite element analysis for the first gas ring. The maximum assembled stress 43.393max ='σMPa , maximum working stress 288.27=max σMPa which are within the scope of safety. Followed by the piston temperature distribution, analysis results show the good thermal conductivity of the piston ring. The finite element analysis results compared with the theoretical calculation results are consistent, so as to provide a reference for design of piston ring.Key Words ：Diesel engine ; Piston gas ring ; Finite element analysis ; Strength ；Thermal conductivity柴油机活塞环气环起到密封、导热、润滑等作用，其可靠性直接关系到柴油机的工作可靠性[1] [2] [3]。
柴油机活塞热负荷的试验研究及其有限元分析
柴油机活塞热负荷的试验研究及其有限元分析3孙 平 张 玲 王为成(江苏大学汽车与交通工程学院 江苏镇江 212013)摘 要:用硬度塞法测量了YZ4105QF柴油机活塞的温度场,利用Pr o/E软件建立了活塞的几何模型,借助有限元分析软件Hyper mesh和ANSYS对其进行了温度场分析计算,计算结果为活塞的结构改进和优化提供了依据。
关键词:柴油机 活塞 有限元分析 温度场中图分类号:TK421+.1 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)03-0059-04Exper im en t a lM ea sure m en t and FEA for the Ther ma lL oad of the P iston i n D i esel Eng i n eSun P i n g,Zhang L i n g,W ang W e i chengSchool of Aut omobile and Traffic Engineering,J iangsu University(Zhenjiang,212013)Abstract:The te mperature field of the p ist on in YZ4105QF diesel engine is experi m entally measured by using the hardness p lug method.And the s oft w are Pr o/E is used t o set up a geometry model of the p ist on.The te m2 perature field of the p ist on model is calculated by FEA s oft w are Hyper mesh and ANSYS.The results p r ovide supports for the further op ti m izing of the p ist on.Keywords:D iesel engine,Pist on,Finite ele ment analysis,Te mperature field引言活塞作为柴油机最主要的受热零部件之一,由于受热面积大,散热条件差,因而其承受很高的热负荷。
柴油机活塞温度场有限元分析
Internal Combustion Engine&Parts0引言随着发动机强化程度的不断提高，其零部件的热负荷将随之不断增大。
活塞作为发动机的主要受热件，由于具有受热面积大、散热条件差的特点，因而其热负荷问题最为严重。
它的结构对内燃机的可靠性、寿命、排放和经济性等诸多方面有着至关重要的影响。
如能求得活塞的温度场的数值解，将可为考虑热应力和热变形的活塞优化设计提供依据。
有限元数值模拟技术具有试验方法和理论解析方法无可比拟的优势，已经成为内燃机性能研究的重要手段。
本文以某型柴油机活塞为研究对象，进行了有限元模拟计算，得出了活塞在热负荷作用下的温度分布，为活塞的最优化设计提供了依据。
1有限元模型的建立1.1三维模型的建立要想得到比较精确的活塞温度场计算结果，首先要考虑到的是如何建立准确的几何模型。
由于实际活塞往往非常复杂，要建立和实际的活塞完全一样的三维几何模型是几乎不可能的，所以需要对几何模型进行如下的简化：①活塞在冷态时的结构是上小下大，火力岸处的直径是最小的，裙部是椭圆形的，在工作时，活塞由于受热应力和机械应力的作用，形成上下近似一致的圆柱体。
而裙部主要受侧压力作用，会发生弹性形变。
所以在建模时，把活塞简化成头部呈圆柱形，裙部呈椭圆形的模型。
②由于活塞销在温度场中不是主要的分析对象，所以在建立活塞模型时将其简化。
活塞销座上部的加强筋由双肋结构简化成单肋。
③实际活塞的油环槽处有回油孔，但由于油环传递的热量占活塞传热的比例比较小，所以在模型中没有开回油孔。
在处理活塞销座和活塞裙等部位的时候，尽可能恢复活塞的原始尺寸，以达到分析结果的相对准确性。
对于活塞的其它部位，在不影响分析结果的情况下可适当简化处理。
1.2活塞有限元网格的划分在三维几何模型建立以后必须进行网格划分，以有限个单元组成的集合体来代替原先的连续体进行研究。
为了能有效地逼近实际连续体，必须考虑选择单元的种类，确定单元的数目和剖分方案等问题。
内燃机活塞的有限元分析
轻型汽车技术２００６（１１）总２０７１引言活塞是发动机的重要零部件之一，其设计质量直接关系到发动机性能的优劣。
活塞结构复杂，而且作为内燃机的主要受热零件，经受周期性交变的机械载荷和热载荷的作用，常在高温、高速、高负荷以及冷却困难的情况下工作，因此容易产生故障。
因此，对内燃机进行热载荷和机械载荷的模拟计算以评估其可靠性，对于内燃机的开发是非常重要的。
有限元分析技术在提高活塞产品性能和加速活塞研制过程中的重要作用越来越被人们所重视。
本文采用与Ｐｒｏ／Ｅ无缝结合的有限元分析工具Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ对某内燃机活塞进行了有限元分析。
２活塞的热分析２．１模型建立及网格划分文章所要分析的活塞模型如图１所示。
在进行活塞有限元分析时，在保证分析精度的前提下，适当简化其有限元分析计算模型是必要的。
考虑到活塞几何造型的对称性，在Ｐｒｏ／Ｅ下取活塞零件模型的１／４为有限元分析模型，这样既可以简化计算过程又可以得到可信的分析效果。
将活塞模型移至Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ环境下，可以完全利用在Ｐｒｏ／Ｅ中所建立的几何信息。
选取热分析模式（Ｔｈｅｒｍａｌ），设置模型材质（ＭｏｄｅｌＭａｔｅｒｉａｌｓ），这里选取铝合金ＡＬ２０１４并加入（Ａｓｓｉｇｎ）活塞模型中，应用网格自动生成技术产生有限元网格。
图１活塞模型的三维效果图２．２热载荷的施加热载荷为气缸内的工作气体热源，使活塞顶面产生高温。
由于内燃机在设计工况以高转速匀速运行，传热状况变化又是一个慢过程，为简化分析这里使用稳态过程，即先把活塞顶面的温度看作恒定的平均温度，而活塞环和活塞裙部的对外传热程度等效为各部分的换热系数。
根据缸内流体动力学仿真分析得到的结果（因本文只分析了压缩过程，其它冲程的缸内热力数据可以参考相关的物理试验资料），可以计算出内燃机一个工作循环内，活塞顶面的平均温度，将其加内燃机活塞的有限元分析陈永东钟绍华（武汉理工大学汽车工程学院）摘要本文在Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ环境下，应用有限元分析方法分别完成了内燃机活塞在热载荷和机械载荷作用下的温度场及应力场分析，并在此基础上对活塞进行热结构耦合分析和运行疲劳寿命分析，确定了活塞失效的主要位置，为活塞的改进设计提供了参考。
4110活塞有限元分析
活塞有限元分析报告
图 12 疲劳系数
山东滨州渤海活塞股份有限公司
山东省滨州市渤海二十路 999 号
第 15 页／共 15 页
第 8 页／共 15 页
CY4110Z 活塞
活塞有限元分析报告
图 6 复合最大主应力
山东滨州渤海活塞股份有限公司
山东省滨州市渤海二十路 999 号
第 9 页／共 15 页
CY4110Z 活塞
活塞有限元分析报告
图 7 复合变形分布
山东滨州渤海活塞股份有限公司
山东省滨州市渤海二十路 999 号
第 10 页／共 15 页
CY4110Z 活塞
活塞有限元分析报告
图 10 疲劳系数
山东滨州渤海活塞股份有限公司
山东省滨州市渤海二十路 999 号
第 13 页／共 15 页
CY4110Z 活塞
活塞有限元分析报告
图 11 疲劳系数
山东滨州渤海活塞股份有限公司
山东省滨州市渤海二十路 999 号
第 14 页／共 15 页
CY4110Z 活塞
活塞的有限元网格如图2所示。 2.3. 边界条件 2.3.1. 燃气压力 东风朝阳柴油机有限责任公司提供了燃气最大爆发压力为15MPa。 2.3.2. 热负荷 根据活塞顶部燃烧室温度900℃，计算活塞温度的分布。 2.3.3. 材料 活塞材料为BH122A（重力铸造）。 3. 结果 3.1.温度分布 热负荷导致了活塞内部的温度分布。计算的活塞温度分布如图3所示。活塞关键部位 的温度计算值如表1所示。
东风朝阳柴油机有限责任公司 4.752L 4 110mm 125mm 125kW 2300rpm 18：1 150bar 10 车用 整体铝活塞 BH122A 内冷通道 66.15mm 51.4millilitre
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
活 塞是发动机工作 条件 最严酷的零 １ 活塞计 算参数及有 限元网格
活 塞 有 限 元网 格 如 图 ｌ所 示 。
部件之 ，它的设 久性 以 及 排 放 性 能 。
活 塞 计 算 参数 设 定 如 表 １所 示 。
２．４ 复合应力
由热 负 荷 和 机 械 负 荷 引 起 的 复 合最 大 置 应 力 如 图 ５所 示 。
图 ２ 计算的温度分布 ·叮以 看 出 ， 活 摩 最 高 温 度 出 现 活 窄 顶 面 和 燃 烧 审 宅 边 缘 处 ， 为 ３０ｌ Ｃ，最 低 温 度 出现 活 塞 裙 郎 ， 为 １ ５４℃。整 个模 型 最 高温 度和 最 低温 度 车Ｉ｛ 茺 １４７ Ｃ，温 差 较 小 ，活 塞 热 应 力也 较 小 。 ３ ＩｆＩ最 人 热 应 力 计 算 结 果 也 证 明 ｒ 达 ·点 。 活 塞 内 冷 油 腔 干丁效 的 降 低 ｒ活 塞燃 烧 事 底 部温 度 ，降 低 了活塞 热 负 倚 。
活塞 部位 活 塞 顶 部 第 ·环 槽 销 座 销 孔
预 测值 １．４９６ ３．３３９ １．８８３ ２．０３１
此 处 足 活 塞 温 度场 变 化最 大 的 地 方 ，同
时 也 承 受 着 发动 机 燃 料爆 发 压 力 冲 ，
从 计算 结 果 来看 ，活 塞 疲 劳 系数 最
３ 结论
ｌ
Ｔ
本 文 利 用 有 限 元 分 析 软 件 ，对 活 塞
温 度、热应力、热变 、复合应 力、复 ；
图 ３ 热最 大主 应 力
合 变 型 、疲 劳 寿命 和疲 劳 系数 进 行 计算
ｌ 缸 径 Ｘ 行 程 （ｍｍ）
２
压 缩 比
３ 最 大 爆 发 压 力 （ＭＰａ）
４ 峰值压力爆发位置
ｌＯ８× Ｉ２５ Ｉ１．５ １４
上 止点
软 件 等 要 求 很 高 ，在 初 始 开 发 过 程 中 ，
５ 活 塞 顶 部 燃 气 温 度 （℃ ） ９００
受 试 验 设 备 缺 乏 、试 验 作 量 大 、试 验 活 塞 材 料 为 硅 铝 合 金 ， 采 用 重 力 铸
活 塞 受 到 的 热 负 荷 和 机 械 负 荷 变 化 复
表 １ 活塞 计算设定参数
杂 ，产 生 的应 力 和 应变 较 大 ，燃 烧 室 边 序号 活塞设计物理量
缘 可 能 由 于高 温 产 生融 裂 ， 活塞 销座 处
计算参数
可 能 由丁 强 度 不够 ，而 发生 损 坏 。 由 于 活 塞 承 受 着复 杂 的 交 变 载 荷 ，在 实 际 的 可 靠 性 试 验 中 ，对 必 须 具 备 的 试验 设 施 、
费 高 等 诸 多 限 制 因 素 。 造 方式 。 材料 性 能 参 数 如 表 ２所 示 。
图 １ 活塞有 限元网格
随 着 有 限 元 技 术 的 发 展 ，活 塞 强 度
表 ２ 活塞材料参数
２ 计 算 结 果
计 算 方法 逐 渐 成 熟 ，在 活 塞 开 发 初 期 ， 采 用 有限 元 计 算 方 法 ，进 行 活 塞 温 度场 、 温 度 一 应 力 场 耦 合 计 算 ，能 够 了 解 活 塞 温 度 和应 力 、 应 变情 况 ，找 到 应 力 和 应 变 较 大 的 区 域 ，进 而 针对 性 的 进 行设 计 改 进 ．然 后 利用 发动 机 台 架试 验 进 行
是 活 塞 复合 最 人 上应 力 集 巾 的地 方 。
小位置出现任内冷油腔底 。虽然此处 ｆ
２．５ 复合变形
仍然 满 足活塞 对疲 劳寿 命的设 计要求 ，但
ＩｌＩ热 负 倚 和 机 械 负 荷 引 起 的 复 合变 在改进 和后续 试验过程 中需 要特 别关注 。
形 如 图 ６所 示 。
２．１ 温度分布
热 负 荷 导 致 了 活 塞 内 部 的 温 度 分 布 。 计 算 的 活 塞 温 度分 布 如 图 ２所 示 。 活 塞 关键 部位 的 温度 计 算值 如衣 ４所示 。
表 ４ 活塞 关键 部位 温度分布
考 核 ，对 于 缩 短 活 塞 开 发 周 期 具 有重 要 假 定 活 塞 温 度 分 布 基 本 上 保 持 稳 定 。 网
物 理 量 Ｅ／Ｇ Ｖ （ｋｇ／ｍ ） （Ｍ口ｐｂａ ） （Ｍｏｐ。ａ ） 数 值 ７２ ０．３ ２７３０ ２ｏ０ ｌ８３
考 虑 到 活 塞 对 称 性 ，取 活 塞 、活 塞 销 和 连 杆 小 头 的 四 分 之 一 模 型 为 有 限 元 分 析 模 型 ，在 发 动 机 每 个 循 环 过 程 中 ，
销 座
】８７
复 合 变 型 、疲 劳 寿 命 和 疲 劳 系数 进 行 计 活 塞 组 件 四面体＆六面体 ９３２Ｉ９ ｌ４８０ｌ８
销 孔
ｌ７４
算 分 析 。
活 塞
四面 体 ７７７２９ ｌｌ７９８９
裙 部
ｌ５４
１７
从 ｌ ４叮 以 看 出 ，活 塞 热 变 ， 最 大 量 出 现 在 燃 烧 窄 顶 部 ，此 处 温 度 最 高 ， 热 变 型 最 大 。
活塞部位
温度计算值 （℃ ）
意 义。
格 信 息 如 表 ３所 示 。
活 塞 顶 部
３Ｏｌ
本 文 以某 型发 动机 用 活 塞 为 例 ， 对
表 ３ 活塞有限元计算 网格信息
第 一 环 槽
２２ｌ
活 塞 温 度 、热 应 力 、热 变 型 、复 合 应 力 、 零部件名称 网格类型 单元数量 节点数量
图 ５ 复合最大 主应力 从 ５ 吖以 看 出 ，活 塞 复 合最 人丰 应 力 出现 任 ｌ＾Ｊ冷 油 、燃 烧 审 底 化 置 ，
图 ７ 疲劳寿命预测 活 皋 疲 劳 系数 （１Ｏ００ｈ） ，活 塞 关 键 部他 的疲 劳 系数 如 表 ５所 尿 。 表 ５ 活塞关键 部位 的疲 劳系数