基于溫度試驗與熱力耦合仿真對活塞結構的改進及疲勞壽命預測.pdf

1、本課題以汽油機的活塞為研究對象。為提高汽油機的動力性，改善經濟性，降低排放，將汽油機進氣方式由自然吸氣改為增壓。原汽油機活塞安裝在增壓后的汽油機內進行可靠性試驗，試驗后活塞銷孔周圍出現裂紋，因此需要對活塞結構進行改進，以滿足增壓后的使用。
　　在汽油機運行過程中，由于受到由燃料燃燒產生高溫氣體的影響，活塞頭部的溫度載荷較高，然而裙部不直接與燃氣接觸，溫度相對較低。因此從活塞的頭部到裙部之間存在溫差產生熱應力。此外，活塞頂部受到高壓

2、燃氣的沖擊產生機械應力。因此在活塞的仿真分析與優(yōu)化設計中，既要考慮熱載荷也要機械載荷對活塞做熱力耦合分析，保證活塞使用的可靠性，還要對結構改進后的活塞進行疲勞壽命預測，保證活塞使用的耐久性。
　　國內外在活塞熱力耦合和疲勞壽命預測方面均有研究。目前普遍采用計算流體力學和有限元分析理論相結合的方法研究活塞的傳熱情況，而對疲勞的研究主要為采用疲勞仿真軟件對活塞進行疲勞壽命仿真預測和運用發(fā)動機臺架進行疲勞與耐久性實驗研究兩種方式。

3、>　　本課題基于傳熱學理論和非線性有限元分析方法理論，應用軟件對活塞進行建模仿真分析，結合活塞溫度測試試驗對活塞的模擬溫度場進行驗證，然后導入熱載荷和機械載荷的邊界條件，計算出活塞在熱力耦合作用下的綜合應力情況，再根據計算結果對活塞結構進行改進并再做耦合分析。計算表明結構改進后活塞的最大應力值降低了129.63MPa，有效減少應力集中現象，驗證了活塞結構設計的合理性。對活塞進行疲勞壽命預測，計算出活塞的疲勞壽命為1.49e7，最后得出了