本文關(guān)鍵詞：基于溫度試驗與熱力耦合仿真對活塞結(jié)構(gòu)的改進及疲勞壽命預(yù)測

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【摘要】：本課題以汽油機的活塞為研究對象。為提高汽油機的動力性,改善經(jīng)濟性,降低排放,將汽油機進氣方式由自然吸氣改為增壓。原汽油機活塞安裝在增壓后的汽油機內(nèi)進行可靠性試驗,試驗后活塞銷孔周圍出現(xiàn)裂紋,因此需要對活塞結(jié)構(gòu)進行改進,以滿足增壓后的使用。在汽油機運行過程中,由于受到由燃料燃燒產(chǎn)生高溫氣體的影響,活塞頭部的溫度載荷較高,然而裙部不直接與燃氣接觸,溫度相對較低。因此從活塞的頭部到裙部之間存在溫差產(chǎn)生熱應(yīng)力。此外,活塞頂部受到高壓燃氣的沖擊產(chǎn)生機械應(yīng)力。因此在活塞的仿真分析與優(yōu)化設(shè)計中,既要考慮熱載荷也要機械載荷對活塞做熱力耦合分析,保證活塞使用的可靠性,還要對結(jié)構(gòu)改進后的活塞進行疲勞壽命預(yù)測,保證活塞使用的耐久性。國內(nèi)外在活塞熱力耦合和疲勞壽命預(yù)測方面均有研究。目前普遍采用計算流體力學和有限元分析理論相結(jié)合的方法研究活塞的傳熱情況,而對疲勞的研究主要為采用疲勞仿真軟件對活塞進行疲勞壽命仿真預(yù)測和運用發(fā)動機臺架進行疲勞與耐久性實驗研究兩種方式。本課題基于傳熱學理論和非線性有限元分析方法理論,應(yīng)用軟件對活塞進行建模仿真分析,結(jié)合活塞溫度測試試驗對活塞的模擬溫度場進行驗證,然后導入熱載荷和機械載荷的邊界條件,計算出活塞在熱力耦合作用下的綜合應(yīng)力情況,再根據(jù)計算結(jié)果對活塞結(jié)構(gòu)進行改進并再做耦合分析。計算表明結(jié)構(gòu)改進后活塞的最大應(yīng)力值降低了129.63MPa,有效減少應(yīng)力集中現(xiàn)象,驗證了活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。對活塞進行疲勞壽命預(yù)測,計算出活塞的疲勞壽命為1.49e7,最后得出了結(jié)構(gòu)改進后活塞的可靠性和耐久性滿足增壓汽油機使用的結(jié)論。
【學位授予單位】：西華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK413

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