柴油机活塞温度场和耦合应力计算
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钢顶 铝裙 组合 式 活塞 由活塞 头和 活塞裙 两部 分 组成 。本 文采 用 ｐｏ Ｅ 软件建 立 活塞 的三维有 限元 ｒ／
模 型 ，因其结 构 比较复 杂 ，为 了减 少 工作量 和便 于 网格 的划 分 ，建模 时省 略 了部分油 孔 、倒角 、圆角 等 ，并假 定 活塞三 维模 型轴 对称 ，即关 于活 塞 的中
关键 词 ：活塞 ；温度 场 ；应 力场 ；有 限元 法
中图分 类号 ：Ｔ ４ ３ ４ Ｋ ２ ． ３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ ４ ５ （ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ４— ０ ９— ５
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工作 ，经 受着 高压 燃气 压力 、高速往 复运 动产 生 的
设 计 周期 ， 目前 已广 泛 应 用 于 活 塞 的 结 构 设 计 计
算 领 域 。本 文 采用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软件 对某 型 柴 油 ＮＹ
机 钢顶 铝 裙 组合 式 活塞 进 行 了温 度 场 和 应 力 场 计 算分析。
ＩＥ ０四面体单 元进 行 自由网格划 分 ，活塞 实 体模 Ｄ７
型 和有 限元 模型 如 图 １ 。 、２
作者简 介：戴全春 （ ９６一） １６ ，高级工程师 ，主要研究方向为船舶动力 。
Ｄ ｉ ａ ｃ ｕ Ｚ ａ ｉｎ ｉｇ ａ Ｑｕ ｎ ｈ ｎ ， ｈ ｏＪａ ｐｎ
（ ．Ｎ ｖ ｌ ｅ ｕｙＢ ｒａ ｆ ｉ ａ ， ｈ ｎ ｉ ｉ ａ １ ０ ４ １ ａａ Ｄ ｐ ｔ ｕｅｕｏ ’ｎ Ｓ ａｘ Ｘ ’ｎ７ ０ ５ ； Ｘ
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惯性 力等 周期 性载 荷作 用 ，产生 机械 应力 和机 械 变
形 … ；而 高压 气 体 燃 烧 产 生 的高 温使 活 塞 顶 部 乃 至 整个 活塞 温度很 高 ，且温 度分 布很 不均 匀 ，导致 活 塞产生 热应 力 和 热 变 形 ，直 接 影 响 柴油 机 性 能 、
１ 有 限 元模 型 的建 立
第３ ４卷 （０ ２ 第 ４期 ２ １）
柴油机
Ｄｉｓ ｌＥ ｇ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ
一
…
…
…
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ｌ 结构与可靠性 ｛
｛… … ～ ｊ 。
柴 油 机 活塞 温 度 场 和耦 合 应 力计 算
戴全 春 ，赵 建 平
（．海装 西安 局 ， １ 陕西 西 安 ７０５ １０４；２ ．陕西 柴油 机重 工有 限公 司 ，陕西 兴平 ７ ３０ ） １ １５
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０ 引 言
活塞 作 为柴油 机 的主要 受热 零件 之一 ，常在 高 温 、高 速 、高负荷 、润滑不 良 、冷却 困难等情 况 下
摘 要 ：采 用 Ａ ＬＢ Ｏ Ｔ软件 对 活塞 的 工作 过 程进 行 计 算 ，得 到 了活塞 的换 热 边界 条件 和 最 高 Ｖ Ｏ Ｓ
燃 烧压 力 ；在 此基 础上 ，采用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元软件 时组 合 式 活塞 有 无 冷却 时 的 温度 场 和耦 合 应 力 ＮＹ 及 变形 进行 了分 析计 算 ；另外 对 活塞 的连接 螺栓进 行 了应 力 强度考核 。
心 线轴对 称 ，这样 即可 取 １４活 塞建立 有 限元 计 算 ／
的三维模 型 。
使用 可靠 性及 耐久 性 。 因此 ，对 活塞 的温度场 、应 力场 以及 热 负荷 和机械 负荷 共 同作用 的耦 合应 力场 进行 分析 ，了解活 塞 的热 负荷状 态 和综合 应力 情 况
是 十分必 要 的 。
有 限元 方 法 是 最 有 效 的数 值 方 法 之 一 ，它 可 以直 接分 析 零 部 件 的 结 构 以及 热 负 荷 和 机 械 负 荷 等 问题 ，进 行 优 化 设 计 ，提 高 结 构 可 靠 性 ，缩 短
收 稿 日期 ：２ １ ４４２ ０ ２ ３－３
活塞 头 部 和 裙 部 分 别 利 用 Ｓ ＬＤ ９ Ｏ Ｉ Ｅ ０和 Ｓ Ｌ Ｏ—
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钢顶 铝裙 组合 式 活塞 由活塞 头和 活塞裙 两部 分 组成 。本 文采 用 ｐｏ Ｅ 软件建 立 活塞 的三维有 限元 ｒ／
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关键 词 ：活塞 ；温度 场 ；应 力场 ；有 限元 法
中图分 类号 ：Ｔ ４ ３ ４ Ｋ ２ ． ３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ ４ ５ （ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ４— ０ ９— ５
Ｔｅ ｍｐｅห้องสมุดไป่ตู้ａ ｕ ｅ Ｆｉｌ ｎ ｕ ｌ ｔｅ ｓＡｎａｙ ｉ ｆＤｉｓ ｌＥｎ ｉｅ ’Ｐｉｔ ｎ ｒ ｔ ｒ ｅｄ ａ ｄ Ｃｏ ｐ ｉ Ｓ ｒ ｓ ｎｇ ｌｓｓｏ ｅ ｅ ｇｎ ｓ ｓｏ ｓ
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作者简 介：戴全春 （ ９６一） １６ ，高级工程师 ，主要研究方向为船舶动力 。
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惯性 力等 周期 性载 荷作 用 ，产生 机械 应力 和机 械 变
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１ 有 限 元模 型 的建 立
第３ ４卷 （０ ２ 第 ４期 ２ １）
柴油机
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柴 油 机 活塞 温 度 场 和耦 合 应 力计 算
戴全 春 ，赵 建 平
（．海装 西安 局 ， １ 陕西 西 安 ７０５ １０４；２ ．陕西 柴油 机重 工有 限公 司 ，陕西 兴平 ７ ３０ ） １ １５
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活塞 作 为柴油 机 的主要 受热 零件 之一 ，常在 高 温 、高 速 、高负荷 、润滑不 良 、冷却 困难等情 况 下
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有 限元 方 法 是 最 有 效 的数 值 方 法 之 一 ，它 可 以直 接分 析 零 部 件 的 结 构 以及 热 负 荷 和 机 械 负 荷 等 问题 ，进 行 优 化 设 计 ，提 高 结 构 可 靠 性 ，缩 短
收 稿 日期 ：２ １ ４４２ ０ ２ ３－３
活塞 头 部 和 裙 部 分 别 利 用 Ｓ ＬＤ ９ Ｏ Ｉ Ｅ ０和 Ｓ Ｌ Ｏ—