基于正交分析的活塞结构参数热敏感性研究

发布时间：2017-10-06 22:21

  本文关键词：基于正交分析的活塞结构参数热敏感性研究

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【摘要】：随着近些年来空气污染问题和能源危机的日益加重,柴油机行业一定会向着更节能、更环保的方向发展。作为柴油机的核心部件之一,活塞能否在恶劣工作环境下正常运行,直接影响着柴油机的动力性、经济性以及可靠性等柴油机的性能指标。活塞在工作时要承受非常高的热负荷和机械负荷,所以活塞会有很多由此产生的破坏,例如:拉缸、咬缸和活塞环胶结等。所以降低活塞关键部位的温度和应力就成为一个非常重要的问题。但是由于活塞受到材料、加工工艺和设计要求等条件的限制,使得活塞结构的优化和设计方面的难度非常大。本文对活塞结构参数的热敏感性进行研究,旨在为活塞的抗热负荷设计和优化提供一定的参考。本论文所进行的主要工作如下:查找相关文献,确定了需要研究的对活塞热负荷影响较大的活塞结构参数。利用正交实验法对所研究的结构参数进行方案设计;分别计算不同活塞结构参数正交实验方案的边界条件,建立活塞有限元模型,进行温度场和应力场分析;最后利用正交实验分析方法对活塞结构参数正交实验方案进行分析,得到不同活塞结构参数的热敏感性。通过分析研究可知:活塞内冷油腔宽度的变化以及内冷油腔位置变化对环槽部位的温度场和应力场都有较显著的影响;活塞的顶岸高度对活塞的温度场和应力场都有较显著的影响;活塞厚度和喉口圆角则对活塞顶部的温度场和应力场有着较为显著的影响;活塞结构参数对活塞各部分的热敏感性与所研究结构的所在位置有着直接关系,一般情况下,结构参数对距此结构距离较小的区域热敏感性较大。除此之外,活塞的应力场分布主要受热应力分布的影响,活塞在机械载荷的作用下,某些部位的应力会有一定程度的增加或减小。通过以上工作,为进一步降低活塞热负荷、改善应力分布提供一定的理论基础。
【关键词】：活塞 热敏感性 有限元分析 正交实验法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 活塞有限元技术的发展10-13
• 1.3 活塞结构参数的研究现状13-14
• 1.3.1 活塞内冷油腔结构参数研究现状13
• 1.3.2 活塞顶部和活塞头部结构参数研究现状13-14
• 1.4 主要研究内容14-15
• 2. 理论基础15-26
• 2.1 传热理论基础15-19
• 2.1.1 高温燃气和活塞的对流换热15-16
• 2.1.2 燃烧室零件的导热16-18
• 2.1.3 活塞向冷却介质的传热18-19
• 2.2 有限元法原理19-22
• 2.2.1 有限元理论简介19
• 2.2.2 弹性力学理论基础19-22
• 2.3 温度场问题有限元方法22-23
• 2.3.1 导热微分方程22
• 2.3.2 边界条件和初始条件22
• 2.3.3 温度场求解22-23
• 2.4 正交实验方法23-26
• 2.4.1 正交实验的原理23-24
• 2.4.2 正交实验法数据处理分析方法24-26
• 3. 活塞的有限元分析26-41
• 3.1 有限元模型的建立26-27
• 3.2 活塞热边界条件的确定27-35
• 3.2.1 活塞顶部和外部高温燃气的换热系数28-29
• 3.2.2 活塞和冷却水之间的换热系数29-33
• 3.2.3 活塞内冷油腔的换热系数33
• 3.2.4 活塞内腔与油雾的换热系数33-34
• 3.2.5 活塞热边界条件34-35
• 3.3 活塞温度场计算及考察点的确定35-37
• 3.3.1 温度场计算结果分析35-36
• 3.3.2 活塞温度场考察点的确定36-37
• 3.4 活塞应力场计算及考察点的确定37-39
• 3.4.1 应力场计算结果分析37-39
• 3.4.2 活塞应力场考察点的确定39
• 3.5 本章小结39-41
• 4. 活塞内冷油腔形状参数的热敏感性41-53
• 4.1 正交实验方案的设计41-42
• 4.2 各个方案活塞温度场的计算结果及分析42-45
• 4.3 各个方案活塞热应力的计算结果及分析45-49
• 4.4 各个方案活塞热机耦合应力的计算结果及分析49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5．活塞头部结构参数的热敏感性分析53-71
• 5.1 正交实验的结构方案53-54
• 5.2 各个方案活塞温度场的计算结果及分析54-59
• 5.3 各个方案活塞热应力的计算结果及分析59-64
• 5.4 各个方案活塞热机耦合应力的计算结果及分析64-69
• 5.5 本章小结69-71
• 6.总结和展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间以发表的论文及取得的研究成果77-78
• 致谢78-79

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本文编号：985342