高速汽油机活塞应力与变形分析

本研究建立了某轿车用高速汽油机活塞的几何模型,应用三维有限元分析软件,完成了活塞在热力耦合作用下的应力与变形分析.研究表明活塞的热力耦合应力对活塞的强度有重要影响,同时活塞变形呈非轴对称分布,变形后裙部外形轮廓形状发生较大变化.由于活塞裙部形状对活塞润滑特性有重要影响,因此,本文的结果为进一步准确分析裙部润滑特性提供了基础,为活塞改进设计提供了参考.     

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。     

考虑活塞热变形的活塞裙部润滑计算分析

采用三维有限元方法进行了柴油机活塞的热分析 ,计算得到了活塞的热变形 ,建立了活塞裙部考虑热变形的流体动力润滑模型。利用这个模型进行了考虑活塞裙部热变形的润滑计算 ,通过和冷态的润滑计算结果对比 ,发现热变形对活塞的润滑性能有很明显的影响 ,应在活塞裙部设计中予以考虑。     

裙部型线对活塞裙部混合润滑特性影响的仿真分析

综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度、粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形以及弹性变形等因素,建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,计算分析了工作状态下活塞裙部横向和纵向型线对活塞裙部混合润滑特性的影响.结果表明,裙部横向型线采用上端椭圆度小于下端椭圆度的变椭圆结构较为合适;纵向型线的中凸点位置应偏向裙部下端,以降低裙部摩擦功耗;相对于椭圆和圆曲线型线,纵向抛物线型线具有最小的摩擦功耗.     

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。     

轻型柴油机活塞裙部型线对磨损的影响

以某轻型柴油机活塞为研究对象,基于型线设计理论,设计4种活塞裙部型线方案.利用活塞动力学分析软件进行分析计算,研究活塞裙部型线对活塞二阶运动和裙部摩擦磨损的影响,并对L4方案的活塞进行耐久试验.结果表明:改变活塞裙部型线可以较好地改善裙部润滑;与L1方案相比,L4方案的活塞裙部最大压力降低了约25.3％,裙部最大累积磨...     

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.     

某柴油机活塞裙部变形分析

采用workbench对某柴油机活塞在热载荷、机械载荷、耦合载荷作用下分别进行模拟,获得了在不同载荷作用时活塞裙部的径向变形量,通过对比结果得到以下结论:热-机耦合载荷作用下裙部的径向变形量等于热载荷单独作用以及机械载荷单独作用时引起裙部变形的矢量和;活塞裙部的径向变形量随裙部增高而增加,活塞销座旁边的变形量大于垂直于活塞销轴线方向裙部径向的变形量;因此,为了使活塞在工作时能够很好地建立油膜以及和缸套接触,活塞应设计为上小下大的中凸椭圆形。     

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。     

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。     

汽油机活塞热力耦合强度分析

采用活塞、活塞销和连杆组合的三维模型对活塞三维温度场进行分析。并以此为基础,对活塞进行机械负荷和热负荷耦合分析,计算了活塞耦合应力场。全面了解活塞热负荷和机械负荷下的活塞强度,并与单纯机械负荷下的活塞进行对比,分析温度对活塞应力分布的影响,为活塞改进设计提供参考。     

销孔结构设计对活塞可靠性影响的研究

不同销孔结构参数对活塞可靠性的影响不同。对汽油机活塞,采用5种方案进行了机械负荷与热机械耦合负荷下的应力对比及液压疲劳试验下的循环寿命对比,其中相对于销孔中心设计的非对称减压弧结构更为明显地降低了应力集中现象;稳定的热负荷降低了机械负荷作用于销座部位的应力。柴油机活塞异形销孔降低销座部位应力的作用与汽油机活塞类似。分析与试验表明:柴油机活塞异形销孔与圆柱形销孔相比,提高了燃烧室喉口的拉伸应力幅值;销孔的优化设计可提高顶部的可靠性。     

30/38柴油机活塞热力耦合有限元分析研究

采用有限元软件ANSYS,分析了30/38柴油机活塞的温度场、热应力及热变形;并通过热-机耦合的方法,分析了该机活塞的耦合应力场。研究结果表明:活塞顶部应力以热应力为主,温度对活塞的应力和变形起主导作用。在此基础上提出了有关活塞的研制建议。     

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。     

基于热障涂层的柴油机活塞热分析研究

以某非道路高压共轨柴油机作为研究对象,结合标定工况下活塞温度场试验测试结果,建立了不同厚度的热障涂层活塞有限元仿真分析模型,分析了热障涂层对活塞基体温度场、热应力及热变形分布特点和变化规律的影响.结果表明,热障涂层活塞的最高温度较铝合金活塞最大降幅14.83％;热障涂层活塞的热应力随瓷层厚度的增加而降低,较铝合金活塞有...     

组合式活塞的一种实体有限元模型与分析

提出一种组合式活塞的实体有限元模型，采用自由度耦合方法处理裙部与活塞头之间的接触联结问题。并分析了计算了一新设计的内燃机车活塞的温度场，以及气体压力，往复惯性力和热载荷共同作用下的活塞综合变形与应力。计算结果表明，活塞的综合变形与应力并不呈轴对称分布，活塞顶部存在较大的局部弯曲机械应力。     

高升功率柴油机铸铁活塞的设计与计算分析

分析了内燃机升功率对活塞热负荷及机械负荷的影响,明确了活塞变形是造成活塞机械应力集中的主要影响因素的观点,提出了采用大内冷油道薄壁框架结构并配合短活塞销,以减小活塞变形并强化活塞顶部冷却,从而降低并协调活塞热负荷及机械负荷的新设计思路。将此设计思路应用于高升功率柴油机铸铁活塞的结构设计中,并对新设计活塞进行了三维接触问题的有限元计算分析。     

薄壁油冷活塞三维有限元计算及强度分析

采用三维有限元法对某新设计的船用柴油机的整体薄壁球墨铸铁活塞的变形和应力场进行了计算并在此基础上对该活塞的疲劳强度和热变形进行了校核，同时还对这种薄壁油冷活塞的变形和应力分布特点进行了分析，由此得出了具有参考价值的设计要点。     

某240型柴油机活塞有限元分析

活塞组由活塞、活塞销、活塞环等零件组成。活塞是内燃机的关键零部件之一,活塞的结构和所处的工作环境都十分复杂,在工作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力和销座支反力等周期性载荷作用,产生机械应力和机械变形。高压气体燃烧产生的高温使活塞温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形。因此,对活塞在热负荷和机械负荷共同作用下的变形、应力进行有限元分析,了解活塞的变形和应力分布情况,对改进活塞设计,提高其工作可靠性具有意义。     

高速汽油机活塞有限元分析

利用有限元分析方法，对HH471QE发动机活塞在机械负荷作用下的应力、应变进行了模拟计算分析，发现改进方案活塞的机械应力、变形均在规定值的范围内，为研究活塞的改进方案提供了设计理论依据。