增压柴油机活塞三维有限元分析及温度场试验研究.pdf

摘要活塞作为内燃机的关键零部件之一,它的工作情况直接关系到高速内燃机的工作可靠性和使用耐久性,同时直接影响到内燃机的排放性能。活塞的结构和所处的工作环境十分复杂,在工作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向压力和摩擦力等周期性载荷作用,产生机械应力和机械变形。高压气体燃烧产生的高温使活塞顶部乃至整个活塞温度很高,且温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形。热负荷和机械负荷耦合将导致活塞产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等。因此,在设计阶段对活塞进行温度场、应力场以及热负荷和机械负荷共同作用的耦合应力场进行有限元分析,了解活塞的热负荷状态和综合应力分布情况,进而改进活塞,提高其工作可靠性具有重要意义。本文采用硬度塞测温法对型增压柴油机和增压中冷柴油机活塞表面关键点温度在不同工况下进行了测量,获得了不同工况下活塞表面关键点的温度值,分析了活塞的工作温度随内燃机转速的变化关系。通过实测的温度值,计算分析了型增压柴油机和增压中冷柴油机活塞在标定功率工况下的温度场、热应力场与变形,并对比分析了燃烧室形状和燃烧室位置对活塞温度场和热应力分布以及变形的影响。同时,本文还计算分析了该系列增压柴油机在标定工况下,活塞的机械应力场和变形,活塞在机械负荷和热负荷共同作用下的耦合应力场和变形,对比分析了燃烧室形状和燃烧室位置对活塞耦合应力场和变形的影响。最后本文对该系列柴油机活塞进行了强度预测评价,提出了相应的强化措施。通过以上有限元分析与温度场试验研究,获得了该系列柴油机活塞温度场,应力场与变形结果,为该系列增压柴油机活塞的开发设计和改进提供了~定的理论依据,同时也为该厂生产的其他系列产品的有限元分析计算提供了参考。关键词:增压柴油机;活塞;温度测量;有限元法;耦合分析
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铷签名:空鱼鲎髡哒排淘学位论文作者签名:/智霭磷日期:山弋年/月昆明理工大学学位论文原创性声明关于论文使用授权的说明熟:;年/冠甚本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下我个人⋯⋯醒芯抗ぷ魉〉玫某晒3闹幸丫⒚饕玫哪容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留、送交论文的复印件,允许论文被查阅,学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印或其他复制手段保存论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷
第一章绪论活塞有限元分析研究的背景和意义硕士学位论文增压柴油机活塞三维有限元分析及温度场试验研究内燃机是一种将燃油的化学能转变成为机械功的动力机械。这种能量转换是燃油在气缸中与空气充分混合进行燃烧,产生高温高压的工作气体,推动活塞、连杆、曲轴,从而使燃油的化学能转变成机械功向外输出的⋯。内燃机在经历了一百多年的发展,虽然基本构造变化不大,但其性能和设计水平一直在不断提高,其燃油经济性、升功率、紧凑性、制造成本、可靠性和使用寿命等主要技术指标不断得到改善。近年来,为适应环境保护的要求,在减少其有害排放物、减少振动与噪声等方面也在不断地进步。伴随着科技的飞速发展,各种新技术、新的研究成果纾悍掀新衷鲅辜际酰缱控制燃油喷射技术,三元催化,分层充气,二次空气喷射,带有冷却装置的牌傺环技术等τ玫侥谌蓟纳杓乒讨校又蚧肪潮;さ男枨蠛褪妥试吹奈;使当今的内燃机向着高转速、高功率和低油耗、低排放等方向发展。然而内燃机转速和功率的提高,必然会带来缸内燃气的爆发压力和温度的提高。燃气爆发压力的增加,一方面使得活塞、缸体和缸盖承受的机械负荷增大,导致活塞、缸体和缸盖因强度不足而产生破坏。另一方面压力升高率过大,还会产生敲缸现象和增加内燃机的燃烧噪声。燃气温度的升高,导致组成内燃机燃烧室的受热零件热负荷的增加,产生极大的热应力和热变形:温度过高还会导致受热零件材料的强度和硬度急剧下降,降低其可靠性和使用寿命,更有甚者,还会直接导致受热零件烧蚀或熔化‘。。“。活塞作为内燃机的关键零部件之一,它的工作情况直接关系到高速内燃机的工作可靠性和使用耐久性,同时直接影响到内燃机的排放性能。活塞的工作环境十分严酷,~方面,要承受高压燃气爆发压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向压力和摩擦力等周期性的机械负荷作用,造成活塞不均匀的机械应力和变形,严重时还会使活塞销座从内侧开始纵向丌裂,第一环岸断裂等;另一方面,活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用,使活塞顶部乃至整个活塞的温度都很高,而且分布很不均匀,各部位温度梯度大,造成活塞很大的热应力和热变形,严重时还会导致活塞顶面开裂,活塞与缸套间的正常间隙遭到破坏,甚至活塞拉缸、抱死等。因此,在设计