发动机活塞周期性热冲击负荷的数值模拟

摘要

随着内燃机的不断发展，对发动机的“心脏”活塞的强度和寿命要求也越来越高。本文以340柴油机为研究对象，通过对活塞的温度场和热应力进行模拟分析，了解活塞内部热负荷分布情况。根据激光加热活塞热疲劳实验来模拟脉冲载荷对活塞高周热疲劳强度的影响。
　　论文建立了活塞周期性热冲击负荷有限元分析模型，使用UG建立了活塞的三维模型，导入ANSYS对活塞进行有限元分析。根据实验条件确定了边界条件，对活塞进行了稳态传热的分析，验证边界条件的正确性。而后以稳态分析边界条件作为瞬态分析的边界条件，并以激光加热实验导出脉冲载荷的边界条件，进行高周瞬态温度场计算。
　　文中，在载荷不变的情况下，还对不同加载周期下，对加热时间为2s，3s，4s作了瞬态温度场的分析，得到不同的特征点在不同周期时，温度波动的情况。对活塞头部高周热疲劳有了更加直观的认识。
　　本文选取的是对实验装置的模拟，通过模拟实验对还没有进行的实验有了更好的了解，对活塞头部的温度波度有了更加清晰的认识。

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1绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 燃烧室零部件热损伤机制

1.3国内外活塞研究现状

1.4本文研究的主要内容

2热力学分析及有限元简介

2.1传热学知识回顾

2.2温度场的三类边界条件

2.3有限元法概述

2.4 ANSYS简介

2.5本章小结

3活塞的热分析及边界条件的确定

3.1活塞的受热分析

3.2发动机热负荷的分析原理

3.3轴向传热型活塞

3.4激光加热活塞热疲劳实验

3.5 活塞的具体参数及有限元模型的建立

3.6计算活塞温度场的边界条件

3.7本章小结

4活塞稳态热负荷分析

4.1稳态温度场分析

4.2稳态热流密度分析

4.3活塞的热负荷分析

4.4本章小结

5瞬态温度场的分析

5.1活塞各个特征点的温度变化

5.2活塞顶面特征点的比较

5.3不同周期的比较

5.4不同厚度处的温度波动比较

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献