船用柴油機活塞瞬態(tài)溫度場與應(yīng)力場三維有限元分析.pdf

1、隨著船舶柴油機的不斷強化,對關(guān)鍵部件活塞的強度和壽命要求越來越高。通過對活塞的溫度場和應(yīng)力場進行有限元分析,了解其熱負荷和應(yīng)力分布情況,為活塞的設(shè)計、改進和優(yōu)化提供了依據(jù),對提高其工作可靠性具有重要意義。本文以620單缸機活塞為研究對象,分析了活塞在標況下的穩(wěn)態(tài)溫度場、瞬態(tài)溫度場和瞬態(tài)應(yīng)力場,具體內(nèi)容如下:
　　1)建立了活塞的三維有限元計算模型,分別建立了穩(wěn)態(tài)分析、周期性瞬態(tài)分析和啟動工況分析的邊界條件。將穩(wěn)態(tài)溫度場與實驗值進行

2、對比,驗證了穩(wěn)態(tài)邊界條件與分析方法的正確性;通過對活塞進行周期性瞬態(tài)熱分析,得出活塞表面溫度波動趨勢,分析表明活塞的瞬態(tài)溫度場的溫度波動區(qū)主要集中在同燃氣接觸的表面,最大表面溫度波動達到20℃,劇烈波動區(qū)發(fā)生在距離活塞表面2mm區(qū)域;通過對啟動工況的溫度場分析,得出柴油機啟動時的溫度升高趨勢呈指數(shù)變化這一規(guī)律,劇烈的溫度波動會產(chǎn)生很大的準靜態(tài)熱應(yīng)力。
　　2)在得到活塞瞬態(tài)溫度場的基礎(chǔ)上,進行瞬態(tài)熱應(yīng)力場的仿真計算,對模型施加周期

3、性的機械載荷得出瞬態(tài)機械應(yīng)力,將瞬態(tài)熱應(yīng)力和瞬態(tài)機械應(yīng)力進行耦合得到瞬態(tài)耦合應(yīng)力。計算得到了活塞應(yīng)力集中部位的應(yīng)力及變形的時間—歷程曲線圖和該部位的應(yīng)力、應(yīng)變幅值,并分析了不同位置、不同時刻的應(yīng)力影響因素。分析表明在溫度梯度較大的地方熱應(yīng)力較大,機械應(yīng)力受燃氣爆發(fā)壓力影響最大,在不同階段活塞的耦合應(yīng)力的來源不同,最大燃氣爆發(fā)壓力時刻,活塞的耦合應(yīng)力最大。
　　瞬態(tài)分析能夠更好的了解柴油機在整個工作循環(huán)中活塞的動態(tài)特性,分析結(jié)果反映