柴油机活塞头在机械负荷与热负荷作用下的有限元分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 活塞的设计
• 1.2.1 活塞的材料
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题研究综述
• 1.4.1 课题的提出和研究的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.4.3 拟解决的关键性问题
• 1.4.4 可行性分析
• 第二章 有限元及热分析的理论基础
• 2.1 ANSYS有限元理论
• 2.2 热分析的理论基础
• 2.2.1 稳态温度场
• 2.2.2 导热微分方程
• 2.2.3 对流换热理论
• 2.3 传热学基础
• 2.3.1 传热边界条件的分析
• 2.4 弹性力学基础
• 2.4.1 弹性力学的假设
• 2.4.2 应力应变关系
• 2.4.3 虚位移原理
• 第三章 活塞的三维建模及温度场分析
• 3.1 6S50MC活塞的三维建模
• 3.1.1 用Pro/E建立活塞三维模型
• 3.1.2 网格划分
• 3.2 活塞的热负荷分析
• 3.3 活塞温度场计算
• 3.3.1 热边界条件的确定
• 3.3.2 活塞温度场的计算
• 第四章 活塞的应力分析
• 4.1 活塞的热应力分析
• 4.1.1 弹性热力学基本理论
• 4.1.2 热分析的边界条件
• 4.1.3 活塞的热分析
• 4.2 活塞的机械应力分析
• 4.2.1 机械应力边界条件和载荷的处理
• 4.2.2 边界载荷和约束的施加
• 4.2.3 活塞的机械应力分析
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢