基于热机耦合的船用低速柴油机活塞件疲劳性能分析
发布时间：2021-02-02 17:06
随着我国船舶行业的飞速发展,以及船舶配套国产率远低于发达国家,使得船用部件国产化有良好的发展前景,作为船舶心脏的柴油机,高性能柴油机的国产化也显得愈发重要。目前国内外的柴油机都朝着高燃烧压力、高功率和高速化的方向发展,柴油机燃烧室内面临着更高的温度和燃烧压力等恶劣情况,因此,作为船用柴油机核心部件的活塞将承受更高的热应力和机械应力,故活塞的抗疲劳性已成为影响柴油机性能的一个关键因素。本文主要工作内容如下:（1）利用GT-power软件,搭建柴油机燃烧室的一维燃烧模型,分析缸内燃烧反应结果,得到了柴油机气缸缸内温度、压力和对流换热系数随曲柄运转角度的变化关系。通过增加喷油量的方式提高柴油机输出功率,确定柴油机输出功率和缸内温度、压力、对流换热系数的变化关系,结合经验公式计算出活塞各区域的换热系数,在此基础上,运用ABAQUS软件模拟出活塞温度场计算结果,并求出温度场最高温度随柴油机输出功率的关系。（2）基于活塞相关参数,分析活塞惯性力随曲柄运转角度的关系;计算螺栓预紧力,结合活塞件温度场计算结果,分析柴油机在不同工况和输出功率下活塞件的应力和应变情况,揭示活塞应力应变与柴油机工况和输出功...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
活塞烧顶（2）拉缸损坏
图 1-1 活塞烧顶的活塞故障，主要出现在活塞头和第一、二环活在运动过程中对气缸体造成纵向的的划痕，严重机难以启动或者自动熄火[16]。拉缸的原因可以分因：如活塞环间隙过小、活塞的材质不良导致尺缸。因：如气缸体的圆柱度公差超过允许范围、气缸应：如磨合不良、常低温启动、发动机过热等。
可以根据 Bush 提出的振荡冷却换热系数经的发展，国内外研究人员逐步利用仿真模拟的敏丽教授采用了 STAR-CD 对燃烧室内进行了燃烧的仿真传热研究，利用 GT-power 对燃烧面的温度和对流换热系数[31-33]，并利用 Star-C计算，同时完成了各种工况的仿真分析，根据场和传热情况[34]。大连理工大学刘超利用 CF腔的多项振荡换热过程的模拟，并通过对冷却塞顶面和冷却油腔的换热效果，在此基础上计图 1-3 所示）。哈尔滨工程大学周晓燕利用 F流模型和k ε湍流模型，先后验证了震荡性模轴转角的关系[37]（如图 1-4 所示）。江苏科技 ABAQUS 联合仿真建立起活塞燃烧室和冷却收敛，计算出活塞顶面的温度场[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈内燃机的发展与展望[J]. 盛郭飞. 内燃机与配件. 2018(20)
[2]船用柴油机应用前景展望[J]. 伍赛特. 柴油机设计与制造. 2018(03)
[3]发动机拉缸问题分析与研究[J]. 潘月成,陆荣荣,倪成鑫,赵文仲,豆刚. 时代农机. 2018(06)
[4]柴油机活塞头部断裂失效分析[J]. 王星全,吴义民,王志龙,王占宜,王峰. 内燃机与动力装置. 2018(01)
[5]我国船用低速柴油机配套体系现状[J]. 顾钧琦. 船舶标准化与质量. 2017(05)
[6]柴油机连杆螺栓断裂失效分析[J]. 徐海,唐凯,张妮. 现代车用动力. 2017(03)
[7]当前船舶柴油机发展和今后的研究趋势分析[J]. 刘进泉. 中国水运(下半月). 2017(08)
[8]低迷船市下船用柴油机的发展[J]. 谭乃芬,郑一铭. 船舶物资与市场. 2016(02)
[9]内燃机的研究现状及发展前景预测[J]. 关键,车闯,冷晨光. 黑龙江科技信息. 2015(32)
[10]活塞顶部失效的原因分析与改进[J]. 秦朝举,原彦鹏. 煤矿机械. 2012(10)
博士论文
[1]船用柴油机活塞瞬态温度场测试与分析研究[D]. 刘友.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于热负荷及机械负荷柴油机活塞的结构分析与仿真[D]. 于文英.河北工业大学 2012
硕士论文
[1]某船用低速柴油机关键零件加工技术研究[D]. 王宇萍.大连理工大学 2017
[2]低速二冲程柴油机活塞热负荷流固耦合分析[D]. 刘超.大连理工大学 2017
[3]船用低速柴油机活塞冷却与热机耦合分析[D]. 周晓燕.哈尔滨工程大学 2017
[4]某船用低速柴油机活塞性能研究[D]. 潘志刚.江苏科技大学 2015
[5]柴油机油底壳疲劳分析、寿命预测与优化设计方法的研究[D]. 陈帅.武汉理工大学 2011
[6]柴油机活塞头在机械负荷与热负荷作用下的有限元分析[D]. 杨树森.大连海事大学 2009
[7]活塞疲劳失效的力学分析[D]. 石海燕.山东理工大学 2008
[8]中速大功率柴油机组合活塞的有限元分析[D]. 梁刚.上海交通大学 2007
[9]内燃机燃烧室部件耦合传热仿真研究[D]. 赵宏国.大连理工大学 2007
[10]二冲程低速柴油机工作过程与增压系统的计算研究[D]. 丰琳琳.上海交通大学 2007
本文编号：3015064
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
活塞烧顶（2）拉缸损坏
图 1-1 活塞烧顶的活塞故障，主要出现在活塞头和第一、二环活在运动过程中对气缸体造成纵向的的划痕，严重机难以启动或者自动熄火[16]。拉缸的原因可以分因：如活塞环间隙过小、活塞的材质不良导致尺缸。因：如气缸体的圆柱度公差超过允许范围、气缸应：如磨合不良、常低温启动、发动机过热等。
可以根据 Bush 提出的振荡冷却换热系数经的发展，国内外研究人员逐步利用仿真模拟的敏丽教授采用了 STAR-CD 对燃烧室内进行了燃烧的仿真传热研究，利用 GT-power 对燃烧面的温度和对流换热系数[31-33]，并利用 Star-C计算，同时完成了各种工况的仿真分析，根据场和传热情况[34]。大连理工大学刘超利用 CF腔的多项振荡换热过程的模拟，并通过对冷却塞顶面和冷却油腔的换热效果，在此基础上计图 1-3 所示）。哈尔滨工程大学周晓燕利用 F流模型和k ε湍流模型，先后验证了震荡性模轴转角的关系[37]（如图 1-4 所示）。江苏科技 ABAQUS 联合仿真建立起活塞燃烧室和冷却收敛，计算出活塞顶面的温度场[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈内燃机的发展与展望[J]. 盛郭飞. 内燃机与配件. 2018(20)
[2]船用柴油机应用前景展望[J]. 伍赛特. 柴油机设计与制造. 2018(03)
[3]发动机拉缸问题分析与研究[J]. 潘月成,陆荣荣,倪成鑫,赵文仲,豆刚. 时代农机. 2018(06)
[4]柴油机活塞头部断裂失效分析[J]. 王星全,吴义民,王志龙,王占宜,王峰. 内燃机与动力装置. 2018(01)
[5]我国船用低速柴油机配套体系现状[J]. 顾钧琦. 船舶标准化与质量. 2017(05)
[6]柴油机连杆螺栓断裂失效分析[J]. 徐海,唐凯,张妮. 现代车用动力. 2017(03)
[7]当前船舶柴油机发展和今后的研究趋势分析[J]. 刘进泉. 中国水运(下半月). 2017(08)
[8]低迷船市下船用柴油机的发展[J]. 谭乃芬,郑一铭. 船舶物资与市场. 2016(02)
[9]内燃机的研究现状及发展前景预测[J]. 关键,车闯,冷晨光. 黑龙江科技信息. 2015(32)
[10]活塞顶部失效的原因分析与改进[J]. 秦朝举,原彦鹏. 煤矿机械. 2012(10)
博士论文
[1]船用柴油机活塞瞬态温度场测试与分析研究[D]. 刘友.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于热负荷及机械负荷柴油机活塞的结构分析与仿真[D]. 于文英.河北工业大学 2012
硕士论文
[1]某船用低速柴油机关键零件加工技术研究[D]. 王宇萍.大连理工大学 2017
[2]低速二冲程柴油机活塞热负荷流固耦合分析[D]. 刘超.大连理工大学 2017
[3]船用低速柴油机活塞冷却与热机耦合分析[D]. 周晓燕.哈尔滨工程大学 2017
[4]某船用低速柴油机活塞性能研究[D]. 潘志刚.江苏科技大学 2015
[5]柴油机油底壳疲劳分析、寿命预测与优化设计方法的研究[D]. 陈帅.武汉理工大学 2011
[6]柴油机活塞头在机械负荷与热负荷作用下的有限元分析[D]. 杨树森.大连海事大学 2009
[7]活塞疲劳失效的力学分析[D]. 石海燕.山东理工大学 2008
[8]中速大功率柴油机组合活塞的有限元分析[D]. 梁刚.上海交通大学 2007
[9]内燃机燃烧室部件耦合传热仿真研究[D]. 赵宏国.大连理工大学 2007
[10]二冲程低速柴油机工作过程与增压系统的计算研究[D]. 丰琳琳.上海交通大学 2007
本文编号：3015064
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