进气温度对柴油-天然气双燃料发动机活塞温度及热变形的影响

基于ANSYS以WD615高压共轨柴油机为原型机建立了柴油-天然气双燃料发动机活塞温度场及热机耦合下变形场的分析模型。对不同进气温度下活塞温度场、变形场进行了研究,以改善活塞的热负荷及热机耦合下活塞的变形情况。试验结果表明:在标定工况下,进气温度为375K时,活塞第一环槽的平均温度超过230℃,活塞裙部的变形量超过活塞裙部与缸套间的正常间隙;同时缸内最大压力升高率增加,缸内爆震趋势增大。随着进气温度降低,活塞表面温度、活塞第一环槽的平均温度下降,活塞头部、裙部的变形量减少,活塞的温度及变形量都在合理的范围内,缸内爆震趋势减小。     

基于热机耦合的国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形数值分析

建立了国-Ⅴ柴油机活塞、活塞销、连杆和缸套等的有限元模型;利用非线性有限元软件ABAQUS分别计算了该柴油机活塞在最大热负荷工况下的温度场和热机耦合工况下的变形和应力,确定了活塞的最大热负荷区和最大应力区,并对活塞和缸套的接触应力进行了分析。模拟结果表明:活塞喉口部位承受最大热负荷,其温度为321.6℃,低于活塞材料的极限温度;在热机耦合工况下活塞裙部的最大应力为58MPa、最大变形为0.1mm,都在可接受范围之内;同时,活塞与缸套的最大接触应力为29.4MPa,在许用应力范围内。通过上述对国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形的分析,可以判定此活塞结构能够满足设计要求。     

活塞热疲劳分析

用Pro/E建立活塞几何模型,在ANSYS单元库里选取热结构耦合单元,对模型网格进行优化,并对活塞温度场进行标定,然后进行热机耦合分析计算,得到活塞温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在低频热疲劳下,活塞循环次数最少约是1 120 000次,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

柴油机组合活塞温度场及热机耦合应力分析

以某型号柴油机的钢顶铝裙组合式活塞为研究对象,通过建立活塞的有限元模型,分析了活塞在预紧工况、热载荷工况和热机耦合工况下的应力场和位移场分布特点,给出了活塞在热载荷下温度场分布规律和在热机耦合作用下的活塞失效的主要位置.该分析可为类似发动机活塞的设计和结构优化提供理论依据和实践指导.     

海拔高度对柴油机活塞温度及热负荷的影响

利用研制的存储式活塞稳态温度测量装置对变海拔高度下的活塞多个测点稳态温度进行了测量,以试验测量结果作为标定依据,计算不同海拔高度下的活塞温度场和热机耦合应力,研究活塞热负荷随海拔高度的变化规律.结果表明:在工况一定时,活塞测点温度随海拔高度增加而升高,在海拔高度为3.0 km处,关键测点的最高温度达292℃,比在平原海拔高度高了30℃以上;活塞第一环槽温度也由平原的225℃升高到高海拔处的261℃,已经出现润滑油结焦的情况.活塞应力值和变形受海拔高度影响较大,在高海拔时活塞热应力和热变形明显增大.研究结果可为高原工作的活塞设计、改进和热负荷的控制提供参考.     

燃烧压力下的活塞敲击力分析及活塞优化设计

首先构建了活塞的热机耦合模型,计算了活塞在机械负荷和热负荷下的变形情况,将此变形量代入到活塞动力学模型中.选取影响活塞敲击力的3个主要参数,每个参数取4个不同的数值,相互交叉组合共得到64种方案,运用动力学模型计算得到64种方案的活塞敲击力峰值,并综合比较了各因素对活塞敲击力峰值的影响趋势.而后利用BP神经网络理论建立了活塞敲击力的神经网络模型并进行了训练和验证,然后利用该模型对主要参数进行了优化.结果表明,运用热机耦合和神经网络相结合的方法进行活塞敲击力的优化设计,减少了工作量并能得到满足精度要求的结果,对活塞结构的优化设计有一定的指导意义.     

柴油机活塞不同工况下温度场与应力场有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS对某6缸直列发动机在额定工况、超负荷工况以及大扭矩工况下的活塞进行强度分析,并且对活塞在每种工况下热机耦合应力、变形以及对疲劳安全系数进行校核,对3种不同工况进行比较,验证该活塞能否满足所有工况下的使用要求。     

某船用柴油机活塞件疲劳寿命预测及损伤演化分析

针对船用柴油机活塞在运行实际工况下出现活塞烧顶、活塞顶开裂等问题，本文运用有限元软件对船用柴油机活塞进行热机耦合仿真，模拟在周期性爆发压力、惯性力、热应力耦合作用下的活塞受力情况。利用Miner准则对其进行疲劳寿命预测，采用Aeran理论对活塞机械负荷、热负荷以及热机耦合三种边界条件下进行损伤演化分析，建立了活塞不同载荷条件下的加速寿命模型，确定了活塞循环次数与其损伤演化之间的关系。     

喷油冷却活塞传热过程的流固耦合分析

应用ANSYS Fluent软件建立发动机活塞及其冷却结构三维瞬态流-固-热耦合模型,通过燃烧计算得到燃气平均温度与平均传热系数,作为燃烧室壁面热边界;活塞及其冷却结构采用流固耦合计算,使用两相流流体体积(VOF)模型与动网格模拟活塞喷油冷却过程;通过瞬态传热数值仿真,得到活塞振荡油腔流场云图、油气分布云图、冷却油腔传热系数及活塞温度分布,与标定工况下活塞温度测试数据对比分析,研究结果表明:仿真结果与测试数据误差在5%以内,由此说明应用活塞流-固-热耦合仿真方法可以较好模拟柴油机活塞及其冷却结构瞬态传热。     

不同载荷下缸套失圆变形对活塞–缸套摩擦副密封性能与摩擦功耗的影响研究

以非道路高压共轨柴油机干式缸套为研究对象,采用仿真与测试相结合的方法,在热态、热态预紧、热态预紧过盈、热机耦合和热机耦合过盈工况下对比研究了载荷变化对缸套综合变形特征的影响规律,研究了不同缸套变形特征对活塞–缸套摩擦副的机油消耗量、窜气量及摩擦损失的影响规律。研究结果表明,在热态工况下,摩擦损失功最大,为1.09 kW;在热态预紧工况下,机油耗最大,为4.29 g/h;在热态预紧过盈工况下,窜气量最大,为15.71 L/min。在热态工况下施加预紧力,摩擦损失功减小,机油耗和窜气量增大,继续施加缸套过盈载荷,摩擦损失功和窜气量增大,机油耗减小;在热机耦合工况下施加缸套过盈载荷,摩擦损失功、机油耗和窜气量均增大。