耦合弹性变形的活塞裙润滑有限元求解

利用八节点等参有限元，进行了活塞裙润滑和弹性变形的耦合求解。首先给出了混合润滑方程和活塞裙弹性变形方程，然后给出了求解这些方程的有限元求解步骤。计算结果表明：考虑活塞裙变形的油膜压力场峰值一般比不考虑活塞裙变形的油膜压力场峰值大；不同转角下的油膜压力场形状不同，有时呈现抛物线性，有时呈现马鞍型。同时，发现不同转角下活塞裙中部变形较大，在做功行程变形较为明显，变形区域也随着转角的变化有所不同，有时集中在流场中部，有时却集中在流场周向两边。结果也表明：考虑弹性活塞裙下，油薄膜承载力在吸气、压缩、做功行程有一定增加，而且在做功行程增加较为明显；摩擦力也有所增加，但增加不明显；在排气行程，油薄膜承载力和摩擦力会出现波动，承载力波动较大。     

水平缸套发动机油膜分布状态在线测量技术研究

针对对置活塞对置气缸二冲程发动机存在机油周向分布不均导致缸套局部拉伤、机油耗升高的问题,设计了透明缸套发动机,结合荧光诱导技术,实现了对水平双对置发动机缸套活塞环油膜分布状态的在线模拟测量。研究了转速为200r/min、润滑油温度为85~150℃时缸套活塞环润滑油膜分布状态,发现当活塞位于上止点位置时,随润滑油温度升高,活塞环处油膜厚度变化不明显,而活塞环靠近燃烧室一侧润滑油膜的荧光强度曲线的峰值和宽度都显著增大,说明随温度升高润滑油向燃烧室的输运效应增强,这与润滑油黏度随温度升高而下降有关。     

内燃机活塞运动历程的计算和分析

摘要本文从流体动力润滑的雷诺方程出发,求解作用在活塞裙部的油膜力和力矩.把油膜力和力矩的表达式与活塞裙部的侧向运动方程构成求解活塞运动历程的方程组,给出了可供实用的求解方法,并进行了实例计算.计算结果表明,活塞裙部参数对其润滑特性有明显影响.     

活塞裙部流体动力润滑数值分析

对内燃机活塞-缸套系统的流体动力润滑与动力学行为进行了耦合分析,在考虑活塞二阶运动的基础上建立了活塞裙部润滑的数值模型。运用龙格-库塔方法求解二阶运动模型,并采用有限元方法求解裙部润滑的平均雷诺方程。分析了裙部不同型线、活塞销不同偏置的油膜厚度、油膜压力和活塞摆角等二阶运动状况。在润滑油不同粘度以及是否考虑粘压特性条件下,对油膜摩擦力和摩擦功率进行了对比。结果表明,裙部采用中凸椭圆型线,活塞销向主推力侧偏置,可减小二阶运动,改善润滑状态,润滑油粘度对裙部摩擦损失有较大的影响,而粘压特性则对裙部润滑的影响较小。     

发动机活塞组－缸套整体耦合系统瞬态温度场数值模拟

本文提出了一个发动机活塞组－缸套整体耦合系统的非稳态温度场数值分析模型。该模型可模拟发动机一个循环内活塞组、润滑油膜和缸套的温度场详细情况，并可预测活塞顶、缸套内表面、活塞环及润滑油膜的温度波动。本文对６１３５水冷柴油机，给出了实机计算结果。     

发动机活塞组—缸套整体耦合系统瞬曙度场数值模拟

本文提出了一个发动机活塞组－缸套整体耦合系统的非稳态温度场数值分析模型。该模型可模拟发动机一个循环内活塞组、润滑油膜和缸套的温度场详细情况，并可预测活塞、曲套内表面、活塞环及润滑油膜的温度波动。本文对６１３５水冷柴油机，给出了实机计算结果。     

汽油机活塞敲缸响的力学分析

从分析活塞的受力状态出发,运用流体动力润滑雷诺方程,求解出作用在活塞裙部的油膜力和力矩。并结合活塞裙部的侧向运动方程,编制了模拟活塞二阶运动的计算程序。运用此程序对CA1091型车用汽油机不同结构参数、不同工况下的活塞裙部上,一端的横向运动轨迹进行了数值求解,得出同了不同间隙条件下活塞对缸壁的最大冲击时刻,最大冲击部位等,分析结果可用于发动机活塞组的结构设计与故障诊断,并能对许多实际故障现象进行合理的理论解释。     

气缸振动对活塞裙润滑的影响

利用迭代算法分析了存在油膜惯性时气缸振动对活塞裙润滑特性的影响。通过Navier-Stocks方程和雷诺方程的交替求解，新的迭代算法能追踪油膜惯性存在下的速度场和压力场随时间的变化。据此导出了正弦激励下和油膜惯性作用下的混合润滑雷诺模型，计算结果表明：在正弦激励下，随着气缸振动频率的增加，油膜承诺力和摩擦力出现明显波动，性能曲线光滑性也出现波动，而且这种波动在缸体挤压运动时比分离时更为明显，随着振幅的增加，当缸体做分离运动时，在吸气行程下止点附近，油膜承载力和摩擦力发生显著变化；当缸体做挤压运动时，排气运程中部附近有较大的油膜承载力和摩擦力变化。     

活塞裙部润滑油膜厚度的计算及试验研究

对活塞裙部润滑油膜厚度进行了仿真计算和试验研究。建立了活塞裙部混合润滑模型,进行了润滑油膜厚度的计算,并介绍了试验方法和试验过程。通过理论计算和试验结果的对比分析。证明了模型的适用性,发现了裙部润滑油膜的一些特点。     

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。     

活塞裙部型线研究

现代高速、高性能发动机上,活塞裙部是活塞设计中特别重要的部位。裙部形状和表面粗糙度影响着活塞裙部流体动力润滑状态（动态油膜的形成与保持）,直接影响到发动机的性能。本文在了解活塞裙部动力润滑理论及内燃机动力学的基础上,通过调试活塞裙部流体动力润滑计算Fortran源程序检验程序的正确性,并掌握活塞裙部型线设计的基本方法。     

在温度和机械载荷作用下活塞应力与变形的三维有限元分析

根据有限元法解得的温度场，。利用微机对ω型燃烧室的柴油机活塞进行温度载荷和机械和作用下应力和变形的三维有限元分析。单元网格划分中采用了３１８６个节点、２２１０个８节点六面体等参元，将计算输出的各单元形心的六个应力分量换算为三个主应力分量，再选择合适的插值求得各节点的主应力分布。     

柴油机活塞参数对机油耗影响的研究

利用AVL Boost软件获得燃气温度、传热系数等热力学数据,采用AVL Excite PistonRings软件建立活塞和活塞环组的动力学仿真模型,通过试验实测柴油机的机油耗验证了模型的准确性。对仿真模型进行数值分析,得出活塞火力岸的刮油和蒸发是缸内机油耗的主要产生因素。通过对配缸间隙、环岸间隙和活塞销偏移量进行数值模拟分析得出最优方案。优化后模拟计算刮油量比原机降低了64.9%,试验实测整机机油耗降低了35.86%。     

Thermal analysis on piston of marine diesel engine

In this paper, an inverse heat transfer method is employed to conduct thermal numerical analysis on a 4-ring articulated piston of marine diesel engine. The secondary motion of piston and piston ring, and the lubrication oil film has been considered in estimating the coefficient of heat transfer values. Specially manufactured metal plugs were installed in the head of an articulated piston and the piston skirt to measure the temperature distribution of them. A Series of thermal couples were used for cylinder temperature measurement. The boundary condition for numerical simulation is verified with experiment result and applied to predict the temperature distribution of a new piston design which had small change of piston head profile and one less ring scheme. Reasonable agreement was obtained between prediction and experiment for the new design. Experiment result showed increase of temperature in low-temperature area and decrease of maximum value in high-temperature area. The thermal load of the top ring for new piston was lower than old one. The new design had some potential of intensifying improvement from the view point of piston thermal load.     

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。     

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性.     

高强度柴油机活塞温度与应力场有限元分析及其结构改进

结合柴油机活塞发展现状,针对某型号高强度柴油机,利用SolidWorks建立该柴油机活塞的三维模型,并用ANSYS对活塞进行有限元分析,讨论活塞在高温环境、最高燃烧压力或最大侧向力作用下的温度场、应力分布和变形情况。分析结果表明,活塞主要承受热应力和热变形,最大耦合应力在油道顶部,约270MPa,最大变形出现在活塞顶部边缘,变形量约0.08%,变形随活塞高度降低而减小,在裙部略有上升。活塞头部在销孔方向上热变形大于耦合变形,两者差值随活塞头部高度降低而减小。活塞在垂直于销孔轴线方向上的耦合变形总体上大于平行于销孔方向的耦合变形。同时,燃烧室喉口、环槽和销座处应力集中明显,针对上述薄弱区域进行结构改进,发现改进后应力值均显著降低,这些结构改进对高强度柴油机活塞设计开发具有重要指导意义。