本文關鍵詞：基于ANSYS的柴油機活塞結構強度與溫度場研究

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【摘要】：對柴油機關鍵部件活塞的要求隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展而對結構強度及耐久性要求越來越高,借助FEA方法即有限元分析法分析柴油機的活塞,分析其溫度、熱應力的變化情況,對提高活塞結構設計的理論水平、確保最佳的使用效果具有非凡的意義。本文選擇的研究對象為某車型的柴油機活塞,通過建立活塞數(shù)據(jù)模型借助有限元分析方法,深入分析該活塞的溫度場和應力場的情況,為柴油機活塞的研究提供了一定的指導意義。文章首先建立了活塞的三維有限元計算模型,介紹了建立過程以及相關的重要參數(shù)與穩(wěn)態(tài)分析和動態(tài)分析所需的邊界條件。在溫度場方面,有限元分析計算得到了耦合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場結果,結果表明柴油機活塞的溫度最高為295℃,最低為91.5℃,分別在燃燒室凸臺邊緣以及底部探測到,且發(fā)現(xiàn)一個明顯的規(guī)律是其頂部溫度高于裙部而側邊溫度從底部到頂部慢慢上升。與已有文獻的分析結果對比本文可知仿真結果可以比較合理真實地反映柴油機活塞的穩(wěn)定工作狀態(tài),表明所建的有限元模型可靠,分析結果可信。得到溫度場結果后,再進一步研究了熱應力場變化情況。為了得出瞬態(tài)機械應力,首先將機械載荷加載上去,其中機械載荷應當是周期性的。瞬態(tài)耦合應力就是將瞬時熱應力與瞬態(tài)機械應力糅合在一起進行分析。利用建立的模型分析了應力變化情況和變形的時變曲線圖,應力變化情況指研究應力集中部位,以及力度、幅值等多個變量,而且不同位置對應力的影響也進行了仔細考慮。根據(jù)結果顯示,應力較大的地方出現(xiàn)在溫度梯度也比較大的位置,而且燃氣爆發(fā)壓力對機械應力的影響最為明顯,但耦合應力的來源表現(xiàn)出了隨時間和位置變化的規(guī)律。不過需要指出的是,耦合應力最大的時刻是燃氣爆發(fā)的壓力時刻。結果證明了使用瞬態(tài)分析法對于活塞工作循環(huán)的動態(tài)特性的分析是一種更好的途徑,因為它能更真實地反應活塞工作狀態(tài)和特性。本文的結果可以為活塞熱分析和應力分析等可靠性設計提供理論支撐。
【關鍵詞】：柴油機活塞 有限元分析 ANSYS 溫度場 應力場
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 活塞熱與強度分析背景與意義10-12
• 1.2 有限元分析發(fā)展及應用概況12
• 1.3 柴油機活塞有限元分析研究進展12-16
• 1.3.1 柴油機活塞的熱負荷12-13
• 1.3.2 柴油機活塞國內外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本文主要研究內容16-18
• 第二章 柴油機活塞有限元分析理論基礎18-33
• 2.1 柴油機活塞及其結構簡介18-19
• 2.2 有限元分析方法概述19-21
• 2.2.1 有限元分析基本原理及操作流程19-21
• 2.2.2 有限元分析優(yōu)勢與劣勢21
• 2.3 ANSYS軟件簡介21-23
• 2.4 柴油機活塞有限元熱分析理論基礎23-29
• 2.4.1 熱分析的基本概念24
• 2.4.2 熱分析穩(wěn)態(tài)溫度場理論24-26
• 2.4.3 熱分析的邊界條件26-27
• 2.4.4 溫度場有限元分析及離散化處理27-29
• 2.5 柴油機活塞結構強度有限元分析理論基礎29-32
• 2.5.1 強度分析控制方程29-30
• 2.5.2 強度分析邊界條件及求解30-32
• 2.6 本章小結32-33
• 第三章 柴油機活塞有限元溫度場分析33-44
• 3.1 柴油機活塞熱負荷分析33
• 3.2 柴油機活塞溫度場分析邊界條件33-37
• 3.2.1 活塞頂部換熱系數(shù)和燃氣平均溫度35
• 3.2.2 火力岸區(qū)、活塞環(huán)區(qū)及裙部換熱系數(shù)35-36
• 3.2.3 內腔換熱系數(shù)36
• 3.2.4 冷卻油腔換熱系數(shù)36-37
• 3.3 柴油機活塞溫度場模型建立37-39
• 3.3.1 實體模型建立37-38
• 3.3.2 ANSYS模型建立38-39
• 3.4 柴油機活塞穩(wěn)態(tài)溫度場分析39-42
• 3.4.1 穩(wěn)態(tài)溫度場分析概述39
• 3.4.2 穩(wěn)態(tài)溫度場結果分析39-42
• 3.5 穩(wěn)態(tài)溫度場與實驗結果對比分析42-43
• 3.6 本章小結43-44
• 第四章 柴油機活塞有限元結構強度分析44-54
• 4.1 柴油機活塞受力理論分析44-45
• 4.2 柴油機活塞熱應力分析45-49
• 4.2.1 活塞熱應力分析邊界條件45
• 4.2.2 柴油機活塞熱應力分析45-49
• 4.3 柴油機活塞機械應力有限元分析49-50
• 4.4 柴油機活塞耦合應力分析50-53
• 4.5 本章小結53-54
• 第五章 研究總結與展望54-56
• 5.1 研究總結54-55
• 5.2 研究展望55-56
• 參考文獻56-59
• 致謝59

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：888953