中速大功率柴油機(jī)組合活塞的有限元分析.pdf

1、活塞是柴油機(jī)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，承受著較重的周期交變的機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷，三維有限元分析是活塞設(shè)計(jì)開發(fā)和評(píng)估的重要手段之一，活塞熱邊界條件的合理確定是有限元分析的難點(diǎn)所在。 本課題從前人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式和半經(jīng)驗(yàn)公式出發(fā)，根據(jù)中速大功率柴油機(jī)典型鋼頂鋁裙活塞的特點(diǎn)，研究并確定了活塞的熱邊界條件，重點(diǎn)對(duì)活塞頂燃?xì)鈧?cè)、冷卻腔側(cè)換熱邊界條件進(jìn)行了研究。主要成果為： （1)對(duì)中速柴油機(jī)活塞頂燃?xì)鈧?cè)平均換熱系數(shù)和綜合平均溫度的計(jì)

2、算方法進(jìn)行了討論研究，確定采用沃希尼（Woschni）公式（1990年）用于中速柴油機(jī)活塞頂燃?xì)鈧?cè)換熱計(jì)算； （2)根據(jù)中速大功率柴油機(jī)特點(diǎn)對(duì)活塞換熱系數(shù)分布函數(shù)Seal-Taylor公式進(jìn)行了修正，修正后的公式用于確定活塞頂燃?xì)鈧?cè)半徑等效換熱系數(shù)； （3)確定了將Bush公式和Bush修正公式分別應(yīng)用于組合活塞振蕩冷卻腔不同部位的換熱系數(shù)計(jì)算，給出了冷卻腔內(nèi)不同部位換熱系數(shù)的分配原則。 課題以PA6柴油機(jī)活塞為

3、分析對(duì)象，建立了活塞多體接觸1/4分析模型，采用ANSYS平臺(tái)完成了穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)熱分析，在分析中考慮了接觸熱阻的影響，并在軟件中實(shí)現(xiàn)了以函數(shù)形式施加活塞頂燃?xì)鈧?cè)半徑等效換熱系數(shù)，使分析結(jié)果與溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)接近。之后將邊界條件研究成果應(yīng)用于另一鋼頂鋁裙活塞的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析，由分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了其合理性。 課題還選取PA6柴油機(jī)活塞多體接觸1/4分析模型分別進(jìn)行了最高燃燒壓力壓縮工況、最大往復(fù)慣性力拉伸工況兩個(gè)工況下的熱機(jī)耦合應(yīng)力分析