某柴油機(jī)活塞的抗疲勞優(yōu)化.pdf

1、活塞作為內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中的核心部件，其因?yàn)槭艿礁邚?qiáng)度的熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷循環(huán)作用，更容易發(fā)生燒蝕甚至銷座斷裂。而伴隨著內(nèi)燃機(jī)性能的提升，其對(duì)零部件的要求也越來(lái)越高，特別是壓力增大所帶來(lái)的機(jī)械應(yīng)力增大，會(huì)對(duì)活塞的疲勞壽命造成非常致命的影響，因此針對(duì)活塞的抗疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到人們的重視。本文針對(duì)目前的優(yōu)化設(shè)計(jì)中關(guān)于活塞重量?jī)?yōu)化的約束條件不健全，對(duì)疲勞壽命的處理多采用NCODE等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，并未能夠?qū)⑵湟朐O(shè)計(jì)初始約束這一現(xiàn)狀，提出了基

2、于近似模型的活塞重量減重優(yōu)化，通過(guò)在設(shè)計(jì)中將疲勞壽命作為約束條件進(jìn)行計(jì)算，改善了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)疲勞壽命考慮不周導(dǎo)致的無(wú)用設(shè)計(jì)方案，提高了優(yōu)化的效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)對(duì)活塞原模型的分組處理，將活塞分解為幾個(gè)不同零件體，依次導(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行分步網(wǎng)格劃分；通過(guò)軟件內(nèi)的布爾切分運(yùn)算完成活塞待優(yōu)化區(qū)域的參數(shù)化分離工作，為后續(xù)計(jì)算提供了數(shù)據(jù)優(yōu)化空間。⑵在活塞的溫度場(chǎng)計(jì)算中選擇第三類邊界條件，通過(guò)計(jì)算其換熱系數(shù)并在

3、有限元軟件中完成邊界條件的施加和溫度場(chǎng)的計(jì)算工作，得到活塞的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)云圖；接下來(lái)根據(jù)活塞的運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算其所受到的機(jī)械應(yīng)力，通過(guò)耦合溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，得到活塞的靜態(tài)熱機(jī)耦合與瞬態(tài)熱機(jī)耦合的等效應(yīng)力、變形云圖，為靜態(tài)計(jì)算與瞬態(tài)計(jì)算的結(jié)果對(duì)比、優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對(duì)比提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。⑶根據(jù)疲勞壽命計(jì)算的特點(diǎn)，選擇成熟的 Miner線性累積損傷理論作為判定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)活塞高周疲勞的特點(diǎn)，選擇名義應(yīng)力法作為活塞疲勞壽命的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法完成活