航空活塞發(fā)動機典型零件的熱-固耦合強度有限元分析.pdf

1、缸蓋和活塞是航空活塞發(fā)動機中工作條件最嚴酷的零件?；钊艿饺細獗l(fā)壓力、往復慣性力、側推力等作用，使活塞產(chǎn)生應力和變形；缸蓋作為發(fā)動機燃燒室一部分，要承受燃氣壓力和螺栓預緊力等，高的機械負荷使缸蓋火力面和螺栓等處容易產(chǎn)生裂紋，直接影響到發(fā)動機工作可靠性。因此，開展熱、機械載荷的共同作用下活塞和缸蓋的熱-固強度耦合分析就顯得十分重要。
　　本文首先分析了某型號航空活塞所受負荷，提出了計算活塞強度所需的熱邊界條件、機械邊界條件。建立了

2、活塞銷-活塞、活塞銷-連桿、活塞裙部-缸套之間的接觸模型，在ANSYS中，利用有限元的方法對活塞與部件接觸的整體模型進行溫度場、熱應力、機械應力、熱-固耦合應力以及接觸應力分析計算。計算結果表明：活塞的溫度場和應力場分布符合發(fā)動機實際情況，均在材料的使用范圍之內(nèi)，活塞受到的負荷當中，機械負荷占主導地位；發(fā)動機不同工作條件下活塞的溫度場變化較大。
　　其次，分析了發(fā)動機工作時缸蓋受到的負荷，確定分析所需的熱邊界、機械邊界條件。將缸蓋

3、和冷卻液看成整體，分析了不同環(huán)境條件下缸蓋的溫度分布，隨著海拔的增高，缸蓋各部分的溫度都降低。應用有限元的方法，分析計算了缸蓋的機械應力。計算的結果表明，螺栓預緊力主要作用在螺栓孔，爆發(fā)壓力主要影響缸蓋火力面和缸蓋與缸體的接觸面應力。最后計算了缸蓋在熱負荷和機械負荷的共同作用下的耦合應力，耦合應力的分布、數(shù)值大小與熱應力分布一致，在缸蓋中，熱負荷是缸蓋應力產(chǎn)生的主要原因。
　　進行活塞和缸蓋熱-固耦合有限元的強度計算，可以分析它們