航空活塞发动机典型零件的热-固耦合强度有限元分析-动力机械及工程专业论文.docx

摘 要缸盖和活塞是航空活塞发动机中工作条件最严酷的零件。活塞受到燃气爆发压力、往复惯性力、侧推力等作用,使活塞产生应力和变形;缸盖作为发动机燃烧室一部分,要承受燃气压力和螺栓预紧力等,高的机械负荷使缸盖火力面和螺栓等处容易产生裂纹,直接影响到发动机工作可靠性。因此,开展热、机械载荷的共同作用下活塞和缸盖的热-固强度耦合分析就显得十分重要。本文首先分析了某型号航空活塞所受负荷,提出了计算活塞强度所需的热边界条件、机械边界条件。建立了活塞销-活塞、活塞销-连杆、活塞裙部-缸套之间的接触模型,在ANSYS中,利用有限元的方法对活塞与部件接触的整体模型进行温度场、热应力、机械应力、热-固耦合应力以及接触应力分析计算。计算结果表明:活塞的温度场和应力场分布符合发动机实际情况,均在材料的使用范围之内,活塞受到的负荷当中,机械负荷占主导地位;发动机不同工作条件下活塞的温度场变化较大。其次,分析了发动机工作时缸盖受到的负荷,确定分析所需的热边界、机械边界条件。将缸盖和冷却液看成整体,分析了不同环境条件下缸盖的温度分布,随着海拔的增高,缸盖各部分的温度都降低。应用有限元的方法,分析计算了缸盖的机械应力。计算的结果表明,螺栓预紧力主要作用在螺栓孔,爆发压力主要影响缸盖火力面和缸盖与缸体的接触面应力。最后计算了缸盖在热负荷和机械负荷的共同作用下的耦合应力,耦合应力的分布、数值大小与热应力分布一致,在缸盖中,热负荷是缸盖应力产生的主要原因。进行活塞和缸盖热-固耦合有限元的强度计算,可以分析它们的应力分布、应力集中的部位等,为活塞和缸盖结构的改进提供理论依据。关键词:活塞,缸盖,有限元分析,热-固耦合,bustionchamberoftheengine,,thepistonstandsperiodicloadings,suchashighgas-pressure,inertia-pressureandsidedirectionpressure,,bustionfaceandboltsurface,whichproducedbyhighmechanicalpressure,suchasgas-pressureandpre-,thereisgreatsignificancetoanalyzethethermal-,ponentsofengines,,,pistonpinandconnectingrod,,thethermalstress,mechanicalstress,,themechanicalloadingasthedominantloadingwithinthepiston’’,,andthetemperatureofthecylinderheadarereduc