柴油机主要零部件的有限元分析与试验研究

发布时间：2017-04-01 18:11

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【摘要】：由于长期工作在恶劣的环境下,柴油机燃烧室零部件要承受很高的热负荷和机械负荷,这些负荷所产生的综合应力影响了燃烧室零部件的使用寿命,其可能导致的咬缸、拉缸、结焦等故障严重危害了柴油机的耐久性和可靠性。因此一个可靠的产品必须对燃烧室零部件的温度、应力和变形进行分析。 本文回顾了柴油机传热与热负荷研究的发展和现状,对柴油机的热状态、热负荷和机械负荷进行了定义和说明,建立了L16/24型柴油机燃烧室零部件的三维有限元模型;应用有限元分析技术进行了温度场、机械应力场、热应力场及耦合应力场的分析研究。采用热电偶法测量了柴油机缸套的温度,校验了缸套温度场的有限元计算结果。具体研究工作包括: 1.系统地阐述了求解柴油机燃烧室部件热负荷和机械负荷的基本原理和方法,介绍了应用有限元法进行数值求解的方法。 2.以L16/24型柴油机为研究对象,依据L16/24型柴油机燃烧室零部件的二维图纸,利用三维建模软件建立其各部件的有限元分析模型。 3.确定了有限元分析的边界条件。 4.利用MSC有限元软件进行了温度场、机械应力场、热应力场、耦合应力场及活塞顶与活塞裙接触计算分析研究。 5.以L16/24型柴油机为试验对象,采用热电偶法测量了缸套温度,通过对缸套温度瞬时变化的测量,校验了缸套温度场有限元计算结果,为修正有限元温度场计算结果提供边界条件。 最后对研究成果和有关问题进行了总结,对今后的工作做出了展望。
【关键词】：柴油机 有限元 温度场 应力场 温度测量
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK427
【目录】：

• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究的目的与意义9-11
• 1.1.1 柴油机传热对工作过程研究的意义10-11
• 1.1.2 柴油机传热过程的研究是热强度设计的基础11
• 1.2 柴油机燃烧室传热模拟的发展与现状11-14
• 1.2.1 柴油机燃烧室内传热过程的特点11-12
• 1.2.2 数值模拟及其常用的研究方法介绍12-13
• 1.2.3 柴油机燃烧室部件传热模拟进展13-14
• 1.2.4 柴油机传热全仿真14
• 1.3 柴油机结构强度研究的作用及意义14-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-17
• 第2章 研究依据理论及分析工具17-28
• 2.1 有限元分析理论17-19
• 2.1.1 有限元法的简单介绍17-18
• 2.1.2 有限元法的优缺点18-19
• 2.2 传热问题的基本方程及定解条件19-21
• 2.2.1 导热问题的微分方程式19-20
• 2.2.2 导热问题的定解条件20-21
• 2.3 热应力问题的基本方程及定解条件21-23
• 2.3.1 热弹性基本方程21-23
• 2.3.2 热弹性问题的边界条件23
• 2.4 接触问题的初步提出与解决23-25
• 2.4.1 表面间的相互作用24
• 2.4.2 接触问题的描述方法24-25
• 2.5 有限元分析软件的选择25-28
• 第3章 模型的建立28-35
• 3.1 Pro/Engineer的介绍28-29
• 3.2 三维实体模型的建立29-34
• 3.2.1 L16/24柴油机的主要参数30
• 3.2.2 三维实体模型的建立30-31
• 3.2.3 网格划分31-34
• 3.3 模型的材料特性34-35
• 第4章 边界条件的确定35-48
• 4.1 缸套传热边界条件的确定35-41
• 4.1.1 气缸内换热系数的确定35
• 4.1.2 燃气的瞬态温度35-39
• 4.1.3 缸套上端39
• 4.1.4 冷却水与缸套外侧的换热系数和冷却水温的确定39
• 4.1.5 缸套与机架之间的换热系数和机架温度的确定39
• 4.1.6 机架与缸套间空气39
• 4.1.7 缸套与密封圈之间换热系数的确定39-41
• 4.2 缸套边界条件和载荷处理41-42
• 4.2.1 缸盖预紧力41-42
• 4.2.2 气体最大爆发压力作用在缸套内壁上的均布力42
• 4.2.3 冷却水压力42
• 4.2.4 位移约束42
• 4.3 活塞换热系数的确定42-44
• 4.3.1 燃气换热系数的确定42
• 4.3.2 活塞顶部换热系数的确定42-43
• 4.3.3 火力岸处换热系数43
• 4.3.4 活塞环槽、裙部和底部43
• 4.3.5 活塞冷却油腔的放热系数43-44
• 4.3.6 活塞销座44
• 4.4 活塞载荷边界条件和约束处理44-45
• 4.4.1 气体最大爆发压力对活塞的作用45
• 4.4.2 约束边界45
• 4.4.3 连接螺栓的预紧力45
• 4.5 缸盖的换热边界条件45-47
• 4.5.1 工质瞬态放热系数45
• 4.5.2 冷却水的换热系数和温度45-46
• 4.5.3 自由表面46
• 4.5.4 进气道表面46
• 4.5.5 排气道表面46-47
• 4.6 缸盖的约束边界条件和载荷边界条件47-48
• 4.6.1 缸盖的约束边界条件47
• 4.6.2 缸盖螺栓的预紧力47
• 4.6.3 气体力对缸盖的作用47-48
• 第5章 计算结果及分析48-61
• 5.1 缸套温度场48-49
• 5.2 缸套热应力及热变形49-50
• 5.3 缸套机械应力及机械变形50-51
• 5.4 缸套综合应力及综合变形51-52
• 5.5 活塞温度场52-53
• 5.6 活塞热应力及热变形53-54
• 5.7 活塞机械应力及机械变形54-55
• 5.8 活塞综合应力及综合变形55-56
• 5.9 缸盖温度场分析56-57
• 5.10 缸盖热应力及热变形57-58
• 5.11 缸盖机械应力及机械变形58-59
• 5.12 缸盖综合应力及综合变形59-61
• 第6章 试验分析61-68
• 6.1 试验测试目的61
• 6.2 试验测试系统61-62
• 6.3 试验方案62-65
• 6.3.1 测温方法62-63
• 6.3.2 试验工况63
• 6.3.3 测点布置63-64
• 6.3.4 测温热电偶结构64-65
• 6.4 温度测量结果与分析65-67
• 6.4.1 温度测量结果65-66
• 6.4.2 理论结果与实际测量结果比较66-67
• 6.5 误差分析67-68
• 第7章 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 余永华;杨建国;孙洪杰;夏倩;柴启寅;;新型中速柴油机气缸套温度场有限元分析与试验研究[J];大连海事大学学报;2011年03期

2 邓志明;欧阳光耀;李育学;李俊吉;;内燃机活塞环组密封性能研究[J];润滑与密封;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 王辉;考虑温度相关性功能梯度热障涂层缸套的热弹性分析[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 王志强;复合材料层压板螺栓连接性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 张智;柴油/CNG双燃料发动机缸内传热特性研究[D];武汉理工大学;2007年

4 陆松华;新型中速柴油机噪声预测技术研究[D];武汉理工大学;2008年

5 龚超;柴油机关键零部件的有限元分析及试验研究[D];武汉理工大学;2010年

6 李虎林;新型中速柴油机振动预测技术研究[D];武汉理工大学;2012年

7 梁佳;柴油机机体热机耦合分析与试验研究[D];昆明理工大学;2012年

8 肖森林;柴油机活塞组机油耗的影响因素分析[D];昆明理工大学;2012年

9 仲杰;活塞喷油振荡冷却的稳、瞬态模拟计算及活塞温度场分析[D];山东大学;2012年

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本文编号：281059