大功率柴油機(jī)活塞熱負(fù)荷分析.pdf

1、近年內(nèi)燃機(jī)向著高轉(zhuǎn)速、高增壓和高壓縮比的趨勢(shì)發(fā)展，活塞作為內(nèi)燃機(jī)中工作環(huán)境最嚴(yán)酷的零件之一，受到周期性高溫燃?xì)獾闹苯幼饔?，承受著非常大的熱?fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，這要求更高的活塞強(qiáng)度、更有效的冷卻和潤(rùn)滑效果。本文以某柴油機(jī)活塞為研究對(duì)象，建立活塞有限元模型，對(duì)活塞熱負(fù)荷進(jìn)行仿真分析，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)活塞溫度場(chǎng)計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，并與試驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證。論文主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)搭建活塞測(cè)溫試驗(yàn)臺(tái)架，采用硬度塞測(cè)溫法對(duì)活

2、塞頂面關(guān)鍵點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)量，獲取額定工況下柴油機(jī)六缸活塞頂面溫度數(shù)值，重點(diǎn)關(guān)注活塞頂面溫度分布規(guī)律。得到的活塞溫度實(shí)驗(yàn)值將為后續(xù)活塞溫度場(chǎng)模擬計(jì)算作驗(yàn)證。
　　(2)采用多場(chǎng)耦合方法確定活塞溫度計(jì)算換熱邊界條件，重點(diǎn)對(duì)活塞燃?xì)鈧?cè)和內(nèi)冷油腔進(jìn)行分析計(jì)算。為此搭建柴油機(jī)一維仿真模型，確定活塞頂面節(jié)點(diǎn)的換熱系數(shù)和溫度;建立燃燒室三維燃燒仿真模型，計(jì)算缸內(nèi)燃燒情況，并將得到三維計(jì)算結(jié)果作為活塞頂面對(duì)流換熱邊界條件;建立一維潤(rùn)滑模型，確定活塞

3、內(nèi)冷油腔機(jī)油進(jìn)口邊界條件;建立內(nèi)冷油腔機(jī)油振蕩模型，對(duì)其進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，編寫(xiě)UDF控制模型入口速度與實(shí)際情況一致，總結(jié)分體式活塞油腔振蕩計(jì)算方法，為后續(xù)計(jì)算做鋪墊。
　　(3)建立活塞溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型，分別采用經(jīng)驗(yàn)公式和多物理場(chǎng)耦合的方法計(jì)算活塞溫度場(chǎng)，對(duì)比分析兩種計(jì)算方法的結(jié)果差異，并與試驗(yàn)值相互驗(yàn)證。在活塞溫度場(chǎng)多場(chǎng)耦合計(jì)算中，提取燃燒室三維計(jì)算結(jié)果映射到活塞頂面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，作為活塞燃?xì)鈧?cè)溫度場(chǎng)計(jì)算的對(duì)流換熱邊界條件，分析活塞

4、頂面節(jié)點(diǎn)的溫度分布規(guī)律。采集活塞頂面網(wǎng)格不同半徑節(jié)點(diǎn)的換熱系數(shù)值，根據(jù)最小二乘法原理，進(jìn)行曲線擬合和經(jīng)驗(yàn)公式總結(jié)，對(duì)原有的活塞頂面經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行優(yōu)化，并驗(yàn)證公式的適用性。
　　(4)建立活塞應(yīng)力計(jì)算有限元模型，模型考慮到活塞、活塞銷、連桿的相互作用。對(duì)計(jì)算模型施加螺栓預(yù)緊力、燃?xì)獗l(fā)壓力、慣性力等應(yīng)力邊界條件，分析活塞在熱機(jī)耦合應(yīng)力下的受力和變形，計(jì)算其疲勞強(qiáng)度。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)活塞應(yīng)力或變形較大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化后的活塞結(jié)構(gòu)重新