柴油机活塞头在机械负荷与热负荷作用下的有限元分析

作     者：杨树森 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段树林

授予年度：2009年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：活塞头 热负荷 机械负荷 应力分析 

摘      要：随着内燃机不断向强化、增压方向发展,内燃机热负荷和机械负荷问题越来越引起人们的重视。活塞组的设计直接影响着柴油机性能、使用可靠性及耐久性。尤其是船用柴油机,对可靠性的要求很高,任何一项强化措施都必须以保证可靠性为前提。因此,对采取了强化措施的柴油机进行热负荷和机械负荷的模拟计算以评估其可靠性,对于柴油机开发是非常重要的。本文就是基于这种考虑,利用大型商用有限元分析软件ANSYS对柴油机活塞头进行热负荷、机械负荷作用下的有限元分析。 本文首先利用PRO/E建立MAN B&W 6S50MC柴油机的活塞头的三维物理模型,再导入ANSYS中划分体网格,而且由于是数值计算,要对模型做合理的简化。用ANSYS软件对活塞头进行温度场三维数值模拟,进而分析活塞头的热负荷、机械负荷作用下进行有限元分析。利用经验公式和柴油机示功图计算得出柴油机活塞稳定工况下的边界温度和换热系数,最为计算活塞头温度场的边界条件。利用ANSYS热分析模块计算得出柴油机活塞头在稳态条件下的温度场,进而计算出活塞头热应力分布和热变形图;计算出活塞头在最大爆发压力作用下的应力分布图和变形图。分析活塞的受热、受力和变形,从而确定最大应力和最大变形部位,找出危险点,为柴油机的设计、制造和管理提供帮助。总结其特点,确定引起变形和应力集中的主要原因,分析在各种负荷下活塞头的应力场和变形分布,找出最大应力部位和变形最大部位,确定危险部位,为柴油机在设计、制造和管理中提供帮助。