中速大功率柴油機組合活塞的有限元分析.pdf

1、活塞是柴油機的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，承受著較重的周期交變的機械負荷與熱負荷，三維有限元分析是活塞設(shè)計開發(fā)和評估的重要手段之一，活塞熱邊界條件的合理確定是有限元分析的難點所在。 本課題從前人總結(jié)的經(jīng)驗公式和半經(jīng)驗公式出發(fā)，根據(jù)中速大功率柴油機典型鋼頂鋁裙活塞的特點，研究并確定了活塞的熱邊界條件，重點對活塞頂燃氣側(cè)、冷卻腔側(cè)換熱邊界條件進行了研究。主要成果為： （1)對中速柴油機活塞頂燃氣側(cè)平均換熱系數(shù)和綜合平均溫度的計

2、算方法進行了討論研究，確定采用沃希尼（Woschni）公式（1990年）用于中速柴油機活塞頂燃氣側(cè)換熱計算； （2)根據(jù)中速大功率柴油機特點對活塞換熱系數(shù)分布函數(shù)Seal-Taylor公式進行了修正，修正后的公式用于確定活塞頂燃氣側(cè)半徑等效換熱系數(shù)； （3)確定了將Bush公式和Bush修正公式分別應(yīng)用于組合活塞振蕩冷卻腔不同部位的換熱系數(shù)計算，給出了冷卻腔內(nèi)不同部位換熱系數(shù)的分配原則。 課題以PA6柴油機活塞為

3、分析對象，建立了活塞多體接觸1/4分析模型，采用ANSYS平臺完成了穩(wěn)態(tài)溫度場熱分析，在分析中考慮了接觸熱阻的影響，并在軟件中實現(xiàn)了以函數(shù)形式施加活塞頂燃氣側(cè)半徑等效換熱系數(shù)，使分析結(jié)果與溫度實測數(shù)據(jù)接近。之后將邊界條件研究成果應(yīng)用于另一鋼頂鋁裙活塞的穩(wěn)態(tài)溫度場分析，由分析結(jié)果進一步驗證了其合理性。 課題還選取PA6柴油機活塞多體接觸1/4分析模型分別進行了最高燃燒壓力壓縮工況、最大往復(fù)慣性力拉伸工況兩個工況下的熱機耦合應(yīng)力分析