增压柴油机活塞热力性能有限元仿真分析

发布时间：2017-07-28 19:02

  本文关键词：增压柴油机活塞热力性能有限元仿真分析

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【摘要】：活塞组是影响柴油机性能的主要因素之一,其中活塞起到了主导影响作用。活塞在柴油机中属于高速运转的零部件,且工作环境恶劣,因此在活塞的设计中,除了要考虑动力性、经济性和排放性外,还需分析受热、受力情况,以达到可靠性的要求。在柴油机将燃烧热能转换为机械能的过程中,活塞起着至关重要的作用,热载荷带来的热变形和应力成为活塞破坏的主因。因此,活塞的结构设计,热负荷分析及强度分析在活塞设计中极为重要。本文对某新开发的一款国四排放增压柴油机活塞进行结构设计,并对其进行了热负荷分析和强度分析,主要的研究内容如下：(1)根据某增压柴油机型的设计输入及活塞的工作条件,进行活塞结构设计,并根据确定的活塞尺寸使用UG软件建立了活塞、活塞销、连杆小头的实体三维有限元计算模型,利用AVL BOOST软件的燃烧热模型计算出活塞外表面热边界条件,在ABAQUS有限元分析软件中进行活塞的温度场计算。(2)以活塞温度场理论为依据,充分考虑了热负荷理论及传热学理论,使用硬度塞法测量活塞温度场对活塞有限元温度场的计算结果进行试验验证,并通过活塞温度场试验获取活塞表面关键位置的温度值,试验获得的温度值与有限元计算获得的温度值基本一致。(3)利用ABAQUS软件对活塞进行强度分析,并完成了活塞的疲劳分析。分别计算活塞的热应力、机械应力和热机耦合应力,计算活塞在热应力及热机耦合应力下的形变,得出不同工况下活塞的应力值和变形值及危险部位,对活塞设计起到指导作用。根据分析结果,对活塞高温部位的燃烧室和顶部做阳极氧化处理,提高活塞耐磨性及起隔热作用,针对活塞销座内侧应力集中,通过优化活塞销座形线改善应力集中。
【关键词】：柴油机 活塞 温度场 有限元强度分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题背景与研究意义12-13
• 1.1.1 课题背景12-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 活塞设计相关研究国内外研究现状13-18
• 1.2.1 活塞设计趋势研究现状13-15
• 1.2.2 活塞温度场和强度研究现状15-16
• 1.2.3 有限元热分析的发展及研究现状16-18
• 1.3 研究内容与论文框架18-20
• 第2章 活塞温度场有限元分析研究20-29
• 2.1 活塞的工作条件20-21
• 2.2 活塞的结构设计要求21-23
• 2.3 活塞有限元计算模型23-25
• 2.3.1 活塞三维模型建立23-24
• 2.3.2 有限元模型的建立24
• 2.3.3 材料特性24-25
• 2.4 活塞有限元计算25-28
• 2.4.1 活塞外表面边界条件的计算与确定25-26
• 2.4.2 活塞温度场计算结果与分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 活塞温度场试验验证研究29-39
• 3.1 活塞温度场理论29-31
• 3.1.1 热负荷理论29
• 3.1.2 传热学理论29-31
• 3.3 活塞温度场测量31-34
• 3.3.1 试验对象参数31-32
• 3.3.2 试验条件设置32-33
• 3.3.3 测量点布置33
• 3.3.4 试验方法33-34
• 3.4 计算结果与试验结果对比分析34-38
• 3.4.1 试验结果及数据分析34-36
• 3.4.2 计算结果与试验结果对比分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 活塞的有限元强度分析研究39-53
• 4.1 模型的建立39-40
• 4.2 边界条件40-41
• 4.3 计算结果与分析41-48
• 4.3.1 活塞热应力及变形的计算结果与分析41-42
• 4.3.2 活塞机械应力的计算结果与分析42-45
• 4.3.3 活塞热机耦合的计算结果与分析45-47
• 4.3.4 关键部位安全系数计算与分析47-48
• 4.4 活塞优化改进48-51
• 4.4.1 降低活塞温度优化方案48-49
• 4.4.2 优化活塞销座结构消除应力集中49-51
• 4.5 本章小结51-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59

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本文编号：585519