柴油機活塞的有限元分析.pdf

1、柴油機活塞作為柴油機的主要受熱部件，既要承受較高的熱負(fù)荷，又要承受較高的燃?xì)鈮毫?，即機械負(fù)荷。隨著現(xiàn)代人們對發(fā)動機性能的不斷提高，以及國家對環(huán)境污染以及能源消耗的要求越來越嚴(yán)格，提高柴油機的功率、轉(zhuǎn)速以及燃燒狀況，成為了發(fā)展的必走之路。進(jìn)一步提升功率和轉(zhuǎn)速必定會使柴油機活塞的熱負(fù)荷和機械負(fù)荷加重，于是活塞能否在高溫高負(fù)荷下正常工作，也成為柴油機發(fā)展的重要部分。
　　本文研究的是IE6D275型柴油機活塞，對其進(jìn)行有限元分析，得出它

2、在熱負(fù)荷、機械負(fù)荷和熱負(fù)荷和機械負(fù)荷共同作用下的溫度分布、應(yīng)力分布、變形分布。在熱機耦合作用下其溫度和應(yīng)力值都偏大，對此提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。以下是本文研究的主要內(nèi)容：
　　1.利用PRO/E對IE6D275型柴油機活塞建立其幾何模型，并將其導(dǎo)入到有限元軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后再模擬計算，所需的溫度與傳熱系數(shù)等邊界條件由內(nèi)燃機工作過程模擬軟件模擬和經(jīng)驗公式計算出，最后得到了單獨的熱負(fù)荷下活塞溫度場、應(yīng)力場和變形的分布。采用熱塞試驗

3、法測量柴油機活塞的不同部位的溫度值，跟模擬計算得出的溫度分布進(jìn)行對比，最后能夠驗證本文所建的活塞模型與模擬計算的結(jié)果的合理性。
　　2.柴油機活塞分別在單獨的機械負(fù)荷下、熱負(fù)荷和機械負(fù)荷耦合作用時，模擬計算出其溫度場分布、應(yīng)力場分布、變形分布的情況。分別對比只有熱負(fù)荷作用時、只有機械負(fù)荷作用時和熱負(fù)荷和機械負(fù)荷耦合作用時活塞的各分布情況，結(jié)果表明耦合作用下活塞的最高溫度沒有太大變化，其最高溫度為375℃，最大應(yīng)力值增大較多，其值為

4、254.8MPa，最大變形量比熱負(fù)荷下的變形量降低了，其值為0.342mm。通過分析其溫度、應(yīng)力以及變形分布，得出耦合作用下溫度與應(yīng)力值都偏大，均超過了材料的許用范圍，所以提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。
　　3.采用底噴冷卻和開冷卻槽兩種方法分別對活塞進(jìn)行改進(jìn)，分析對比各個結(jié)果并與無冷卻降溫措施時的模型進(jìn)行對比，由結(jié)果可以看出，開冷卻槽要比采用底噴冷卻措施效果好。模擬三種冷卻槽位置下活塞的溫度分布，應(yīng)力分布以及變形分布，選擇模型B為最優(yōu)方