某柴油機活塞的抗疲勞優(yōu)化.pdf

1、活塞作為內(nèi)燃機運行中的核心部件，其因為受到高強度的熱負(fù)荷與機械負(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)燃機性能的提升，其對零部件的要求也越來越高，特別是壓力增大所帶來的機械應(yīng)力增大，會對活塞的疲勞壽命造成非常致命的影響，因此針對活塞的抗疲勞優(yōu)化設(shè)計也越來越受到人們的重視。本文針對目前的優(yōu)化設(shè)計中關(guān)于活塞重量優(yōu)化的約束條件不健全，對疲勞壽命的處理多采用NCODE等軟件進行設(shè)計驗證，并未能夠?qū)⑵湟朐O(shè)計初始約束這一現(xiàn)狀，提出了基

2、于近似模型的活塞重量減重優(yōu)化，通過在設(shè)計中將疲勞壽命作為約束條件進行計算，改善了傳統(tǒng)設(shè)計對疲勞壽命考慮不周導(dǎo)致的無用設(shè)計方案，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通過對活塞原模型的分組處理，將活塞分解為幾個不同零件體，依次導(dǎo)入有限元軟件中進行分步網(wǎng)格劃分；通過軟件內(nèi)的布爾切分運算完成活塞待優(yōu)化區(qū)域的參數(shù)化分離工作，為后續(xù)計算提供了數(shù)據(jù)優(yōu)化空間。⑵在活塞的溫度場計算中選擇第三類邊界條件，通過計算其換熱系數(shù)并在

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