柴油机活塞头部结构对活塞传热及强度的影响分析

发布时间：2021-10-02 01:41

　　随着内燃机向高转速、高功率、低油耗和低排放的方向发展,在内燃机性能取得进步的同时,也出现了一系列问题,尤其是转速和功率的提高会使各个受热零部件的热负荷和机械负荷增加,导致内燃机可靠性问题十分突出。活塞作为内燃机主要零部件之一,其热负荷和机械负荷不断地增加,会导致活塞产生破坏的几率增加,直接影响内燃机的整机性能。所以通过改进活塞的参数来降低活塞的温度、应力和变形,对于提高内燃机的可靠性非常重要。为此,本课题针对4100QBZ型柴油机的活塞进行研究,利用三维有限元方法系统研究了活塞头部结构参数对活塞传热及强度的影响,旨在为其结构优化和设计提供帮助。1)原方案活塞温度、应力及变形的有限元分析:首先,根据活塞各测点的实测温度,采用ANSYS Workbench软件结合经验公式获得活塞各热分析载荷边界条件及准确的温度分布。然后,将求得的温度场作为载荷施加在结构应力分析中,计算活塞在热机耦合作用下的应力及变形。2)由单因素扫值法分析可知,燃烧室偏置量对活塞头部传热以及活塞顶面的强度影响较大;增大燃烧室偏置量,活塞头部温度上升且变形增大,活塞顶面的应力增加。活塞顶厚度对内腔顶部的传热以及内腔顶侧和回... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 活塞有限元分析的发展现状
    1.3 活塞头部结构参数的研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第二章 理论基础
    2.1 活塞热分析的理论基础
        2.1.1 热传递相关理论
        2.1.2 弹性与热弹性相关理论
    2.2 活塞有限元分析的理论基础
        2.2.1 有限元理论概述
        2.2.2 有限元法的基本求解步骤
    2.3 正交试验方法
        2.3.1 正交试验方法简介
        2.3.2 正交试验设计的基本流程
第三章 活塞温度场、热机耦合应力及变形分析
    3.1 有限元仿真模型的构建
    3.2 活塞热分析边界条件的确定
        3.2.1 活塞顶部换热边界条件
        3.2.2 活塞侧面换热边界条件
        3.2.3 活塞裙内侧换热边界条件
    3.3 活塞温度场计算
        3.3.1 计算过程
        3.3.2 计算结果与分析
        3.3.3 活塞主要结构参数的选择
    3.4 活塞热机耦合计算
        3.4.1 计算过程
        3.4.2 耦合应力计算结果与分析
        3.4.3 活塞应力考察点的确定
        3.4.4 耦合变形计算结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 活塞结构对活塞温度场的影响
    4.1 各结构参数对活塞温度场的单因素扫值分析
        4.1.1 燃烧室偏置量对活塞温度场的影响
        4.1.2 活塞顶厚度对活塞温度场的影响
        4.1.3 火力岸高度对活塞温度场的影响
    4.2 各结构参数对活塞温度场的正交试验分析
    4.3 本章小结
第五章 活塞结构对活塞热机耦合应力的影响
    5.1 各结构参数对活塞热机耦合应力的单因素扫值分析
        5.1.1 燃烧室偏置量对活塞热机耦合应力的影响
        5.1.2 活塞顶厚度对活塞热机耦合应力的影响
        5.1.3 火力岸高度对活塞热机耦合应力的影响
    5.2 各结构参数对活塞热机耦合应力的正交试验分析
    5.3 本章小结
第六章 活塞结构对活塞综合变形的影响
    6.1 各结构参数对活塞综合变形的单因素扫值分析
        6.1.1 燃烧室偏置量对活塞综合变形的影响
        6.1.2 活塞顶厚度对活塞综合变形的影响
        6.1.3 火力岸高度对活塞综合变形的影响
    6.2 各结构参数对活塞综合变形的正交试验分析
    6.3 本章小结
第七章 全文总结及展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]稳定和过渡工况下柴油机活塞顶面瞬态热负荷变化规律[J]. 雷基林,王东方,邓晰文,辛千凡,文均.  农业工程学报. 2018(21)
[2]温度试验与热力耦合仿真对活塞结构的优化[J]. 庞圣桐,曾东建,汪建忠,吕高全.  机械设计与制造. 2018(08)
[3]活塞顶面热障涂层对活塞热负荷的影响[J]. 牛小强,雷基林,邓晰文,文均,温志高.  中国机械工程. 2018(12)
[4]基于有限元的活塞组摩擦产热计算分析[J]. 王普凯,康琦,韩立军,何盼攀,董意.  车用发动机. 2018(03)
[5]柴油机活塞热机耦合疲劳强度分析[J]. 牛小强,雷基林,邓晰文,王东方.  农业装备与车辆工程. 2018(06)
[6]基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测[J]. 何盼攀,刘建敏,王普凯,刘艳斌,康琦.  车用发动机. 2017(05)
[7]柴油机活塞瞬态温度场有限元分析[J]. 刘建敏,何盼攀,王普凯,刘艳斌,韩立军.  装甲兵工程学院学报. 2017(02)
[8]冷却油腔形状对活塞温度场影响[J]. 李闯,张翼,蔡强.  煤矿机械. 2016(03)
[9]柴油机活塞-缸套的瞬态传热有限元分析[J]. 高鹏,韩振南.  矿山机械. 2015(02)
[10]冷却油腔截面积对柴油机温度场的影响[J]. 胡志华,李劲松.  煤矿机械. 2014(12)

博士论文
[1]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]8L265柴油机活塞温度场和应力场热—机耦合分析[D]. 赵振月.大连理工大学 2015
[2]柴油机活塞顶部结构对其温度场及强度的影响研究[D]. 尹成明.内蒙古科技大学 2014
[3]QT300活塞的热力耦合分析与优化设计[D]. 高晖.山东理工大学 2011
[4]铝合金活塞头部设计及可靠性分析[D]. 马呈新.山东大学 2006
[5]增压柴油机活塞三维有限元分析及温度场试验研究[D]. 雷基林.昆明理工大学 2005
[6]活塞的传热和热强度研究[D]. 王忠瑜.重庆大学 2002



本文编号：3417754