柴油机活塞热—机耦合分析

作     者：赵艳涛 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊文欣

授予年度：2010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：柴油机 活塞 温度场 应力场 衬套 

摘      要：随着科技的发展,发动机向着高强化、高增压的方向发展,活塞受到的燃气压力、侧压力和摩擦力明显增大。在机械载荷和温度载荷的耦合作用下,活塞更加容易出现裂纹、活塞环胶结及拉缸等问题。因此,在活塞的初始设计阶段,对其进行热机耦合分析以便了解活塞的温度、应力分布情况,进而为改进活塞自身结构指出方向。本文主要进行了以下工作： (1)本文采用PRO/E建立了某柴油机活塞的四分之一模型;(2)采用经验公式计算了活塞各个部位的换热系数及相应的温度参数;(3)运用ANSYS软件中的相应模块计算了活塞分别在机械负荷、温度场作用下的机械应力和热应力分布;(4)研究了活塞在温度载荷和燃气爆发压力共同作用下活塞的综合应力及变形。 (5)针对工程实际中整体铸造活塞销孔多次出现疲劳裂纹的问题,提出了镶嵌衬套的方案。分别采用锻铝合金和铸铝青铜两种材料设计了五种不同厚度的衬套。 (6)分别对镶嵌不同材料、厚度活塞销孔衬套的活塞进行了温度场、应力场以及耦合场的分析计算。 以上的分析研究表明：活塞销孔镶嵌衬套可以有效降低销孔、销座部分的应力,减小活塞变形量。