发动机活塞热分析 - 图文(2)

发动机活塞热分析 3

图1.3

参数化有限元程序结构流程

建立其数据输入输出处理接口，对活塞温度场及其影响因素(见表 1.1)

表1.1

参数化有限元分析模型参数表

活塞类型 4105 490 几何参数 19 20 物性参数 4 4 网格参数 4 4 边界参数 43 45 分析参数 4 4 进行了定量分析,计算并分析了发动机活塞环岸高度、冷却水温度对温度场的影响，为整机的动力性、经济性、排放指标与可靠性的综合优化设计提供了依据[4]。

2008年辽宁省花彩虹先生和贾正宇先生对发动机活塞进行一定的热分析,应用ANSYS软件,采用三维有限元法计算发动机活塞在热载荷作用下的温度场和换热情况,并在此基础上分析活塞的热变形及热应力场(见图 1.4),

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图1.4

活塞顶面与底面温度场云图

确定了活塞失效的主要位置,为活塞以后的改进工作提供了重要参考[5]。

2008年合肥工业大学机械与汽车学院的王庆生先生与刘焜先生建立了某轿车用高速汽油机活塞的几何模型，然后应用有限元分析软件，对活塞温度场和热变形进行了三维有限元分析计算，得到了活塞三维温度场分布和热变形数据（见 图1.6）。

a）温度分布云图

b）温度随节点变化图

图1.6 横截面温度分布图

得出的结果为进一步准确分析其润滑特性提供了基础[6]（见 图1.7）。

a）垂直于销座轴线剖面

图1.7

b）通过销座轴线剖面

活塞受热变形图

2009年陕西孙俊先生论述了活塞有限元分析的理论基础，建立活塞三维有限元模型，采用经验公式1-1计算活塞换热系数，并对其进行了温度场分析计算（见表1.2）。

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（1-1）

表1.2

特征点温度计算值与实测值的对比

测点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 实测温度 218.1 218.4 286.5 271.1 227.9 251.9 319.4 294.7 301.8 273 289.7 280.6 280.1 287.6 273.1 计算温度 238 240 258 283 288 286 284 287 286 294 283 241 241 232 231 误差 19.9 21.6 -28.5 11.9 60.7 30.1 -35.4 -7.7 -15.8 21.0 -6.7 -38.4 -39.0 -55.6 -42.1 得到了活塞的三维温度场分布特征，表明了有限元分析及采用经验公式计算活塞换热系数可以用于活塞温度场的计算[7]。

2010年沈鼓集团研究院的侯秀丽女士利用ANSYS的瞬态和稳态热分析功能开发和模拟研究热载荷引起的温度场。利用稳态热分析结果作为瞬态热分析的初始温度。瞬态热分析则是时间随温度变化，在这一过程中系统的温度、热流率以及热边界条件随时间都有明显变化，通过准确的模拟实际瞬态热工况，确定泵体温度在不同部位以及不同时间有着不同的分布及变化规律，保证设备结构设计的可靠性和准确性将热分析的温度梯度最大的时间点的节点温度作为体载荷施加到结构上进行结构应力分析，并对分析结果进行弹性分析热应力评定以及热棘轮效应评定[8]。

2010年昆明理工大学发动机实验室的程丁丁硕士对2D25柴油机活塞进行了温度场测试并对其进行有限元分析，该团队采用了硬度塞测温法实测了2D25柴油机活塞标定功率工况下表面的40个特征点的温度值（见图1.9）。

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图1.9

活塞表面温度测点布置

并结合有限元法对其温度场、热应力场机热变形进行分析（见图1.10与图1.11）。

图1.10 活塞顶部温度场分布

图1.11 活塞温度场等温线

采用边界条件换热公式，将有限元计算结果与关键点实测温度值进行比较，获得了2D25活塞准确的换热边界条件，为该系列发动机活塞温度场的有限元分析提供了参考

[9]

。

2010年解放军炮兵学院的陈刚教授结合虚拟样机技术和有限元分析技术，使用

Solid Works建立活塞的虚拟样机后，通过Solid Works与ANSYS的接口，将温度载荷

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施加在活塞的有限元模型上，得到温度场分布；在对某发动机活塞组进行了结构介绍和理论分析的基础上，采用ANSYS软件建立了活塞组三维有限元模型；基于有限元理论对有限元模型进行仿真计算，确定了热应力和变形集中部位。通过对有限元仿真结果进行分析，验证了分析的可行性和准确性，能够为活塞进一步的优化设计提供理论依据[10]。

2012年中北大学机械工程与自动化学院的谢现龙硕士运用有限元方法对发动机活塞进行热分析。根据热负荷的性质，发动机的热负荷大致可分为以下三类：稳定热负荷、低频热负荷和高频热负荷。对于活塞一类的机件，由于其所受的热负荷可仅计其稳态热负荷。因此，在进行活塞温度场分析时，要考虑的主要问题是分析活塞的稳态温度场。具体针对某型号发动机，再分析其活塞稳态温度场和热变形[11]。

2013年中北大学机电工程学院的孟继祖先生为满足高功率密度(HPD)发动机发展的需要，设计了一种薄壁大冷却油腔钢结构活塞，利用ANSYS的参数化设计语言APDI。对该活塞进行参数化几何建模、加载以及温度场求解，并计算分析新型发动机钢活塞结构对活塞温度场的影响，为活塞产品的系列优化设计提供了参考[12]。

在国外，1887年法国科学家勒夏利埃(Lecharlier)就开创了热分析学科，1905年德国科学家塔曼（Tammann）首次使用“热分析”这一名称。1965年G.Woshni对四冲程型柴油机进行瞬态传热与热负荷问题研究，再到现在发动机领域相关研究人员对进行整机热负荷仿真计算模拟研究等，发动机热负荷问题研究历史经过将近一个世纪的发展历程，科研工作者在发动机热负荷问题研究方面取得了丰硕的理论成果。经过不懈努力和不断积累，在20世纪，国外科学家和发动机厂商总结推导得出了许多关于发动机传热与热负荷计算的经验公式和半经验公式，并在热负荷计算分析中得到广泛的应用。近年来，由于计算机技术的飞速发展，国外研究者在对活塞的热负荷问题研究过程中，大多采用仿真计算分析与台架试验数据测量进行对比分析的研究方法，利用计算机进行建模和仿真模拟计算等来分析研究热负荷对活塞结构的影响，从而评估活塞的安全可靠性。在试验研究方面，国外研究人员早在上个世纪70年代左右就己经开始着手缸内传热及活塞热负荷问题的研究[13~16]。

美国Saeed Moaveni论述了有限元基本理论和通用有限元程序ANSYS在有限元分析中应用，精辟地讲解了有限元分析的理论，同时还给出了建模过程中的一些实际问题。涉及到有限元分析的基本思想、析架、热传导和流体问题分析，并介绍了用ANSYS软件进行优化设计的方法和参数化编程[17]。

由此可见，发动机活塞热分析不仅仅在活塞的强度分析，结构改进等方面有着显而易见的优势，并且在参数化的活塞设计上 …… 此处隐藏：1412字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……