QT300活塞的熱力耦合分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、活塞作為內(nèi)燃機中的重要零部件，其工作中承受著周期交變的氣體壓力和熱載荷，另外它還伴隨著往復(fù)慣性力、摩擦力及扭轉(zhuǎn)力等，因此長時間的運轉(zhuǎn)，很容易使其出現(xiàn)材料強度降低、局部永久性變形和燒焦結(jié)碳等危險情況，進而可能促使整機停止運轉(zhuǎn)，另外在活塞組的一些接觸部位，例如活塞和活塞銷的接觸部位、活塞銷和活塞連桿的接觸部位，其由于受活塞交變的機械應(yīng)力作用會出現(xiàn)應(yīng)力集中和疲勞失效的現(xiàn)象。因此考慮到這些情況，對活塞的設(shè)計要求就顯得很高?？梢酝ㄟ^活塞結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

2、設(shè)計來提高其使用壽命、疲勞可靠性、經(jīng)濟性等性能指標，因此對活塞進行結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計具有很重要的意義。
　　本文針對船用QT300活塞，利用ANSYS軟件對活塞進行了有限元分析計算，得出了其溫度場的變化及機械載荷下應(yīng)力集中情況，并在此基礎(chǔ)上對活塞結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，
　　本文所做的具體工作有如下幾個方面：
　　(1)利用Pro/E軟件進行活塞模型建立，并利用有限元分析軟件ANSYS進行了活塞的溫度場、機械載荷下應(yīng)力與變

3、形等分析計算，從而得出活塞各部位的溫度分布情況及機械載荷下應(yīng)力集中現(xiàn)象。
　　(2)根據(jù)有限元分析結(jié)果，通過當前使用比較廣泛的遺傳算法來對活塞銷座與活塞銷進行了優(yōu)化設(shè)計，并且運用懲罰函數(shù)法對優(yōu)化結(jié)果進行了局部搜索，最后利用活塞銷孔的異形設(shè)計對活塞銷孔進行了結(jié)構(gòu)處理。通過優(yōu)化設(shè)計操作使得活塞銷孔上端的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了明顯的改善。
　　(3)通過對活塞頭部的二維參數(shù)化建模，并利用ANSYS軟件中的優(yōu)化設(shè)計模塊對活塞頭部進行了熱