大功率柴油機活塞熱負(fù)荷分析.pdf

1、近年內(nèi)燃機向著高轉(zhuǎn)速、高增壓和高壓縮比的趨勢發(fā)展，活塞作為內(nèi)燃機中工作環(huán)境最嚴(yán)酷的零件之一，受到周期性高溫燃?xì)獾闹苯幼饔?，承受著非常大的熱?fù)荷和機械負(fù)荷，這要求更高的活塞強度、更有效的冷卻和潤滑效果。本文以某柴油機活塞為研究對象，建立活塞有限元模型，對活塞熱負(fù)荷進行仿真分析，根據(jù)模擬計算結(jié)果，對活塞溫度場計算方法進行改進和優(yōu)化，并與試驗結(jié)果相驗證。論文主要工作包括以下幾個方面:
　　(1)搭建活塞測溫試驗臺架，采用硬度塞測溫法對活

2、塞頂面關(guān)鍵點溫度進行測量，獲取額定工況下柴油機六缸活塞頂面溫度數(shù)值，重點關(guān)注活塞頂面溫度分布規(guī)律。得到的活塞溫度實驗值將為后續(xù)活塞溫度場模擬計算作驗證。
　　(2)采用多場耦合方法確定活塞溫度計算換熱邊界條件，重點對活塞燃?xì)鈧?cè)和內(nèi)冷油腔進行分析計算。為此搭建柴油機一維仿真模型，確定活塞頂面節(jié)點的換熱系數(shù)和溫度;建立燃燒室三維燃燒仿真模型，計算缸內(nèi)燃燒情況，并將得到三維計算結(jié)果作為活塞頂面對流換熱邊界條件;建立一維潤滑模型，確定活塞

3、內(nèi)冷油腔機油進口邊界條件;建立內(nèi)冷油腔機油振蕩模型，對其進行瞬態(tài)計算，編寫UDF控制模型入口速度與實際情況一致，總結(jié)分體式活塞油腔振蕩計算方法，為后續(xù)計算做鋪墊。
　　(3)建立活塞溫度場有限元計算模型，分別采用經(jīng)驗公式和多物理場耦合的方法計算活塞溫度場，對比分析兩種計算方法的結(jié)果差異，并與試驗值相互驗證。在活塞溫度場多場耦合計算中，提取燃燒室三維計算結(jié)果映射到活塞頂面網(wǎng)格節(jié)點，作為活塞燃?xì)鈧?cè)溫度場計算的對流換熱邊界條件，分析活塞

4、頂面節(jié)點的溫度分布規(guī)律。采集活塞頂面網(wǎng)格不同半徑節(jié)點的換熱系數(shù)值，根據(jù)最小二乘法原理，進行曲線擬合和經(jīng)驗公式總結(jié)，對原有的活塞頂面經(jīng)驗公式進行優(yōu)化，并驗證公式的適用性。
　　(4)建立活塞應(yīng)力計算有限元模型，模型考慮到活塞、活塞銷、連桿的相互作用。對計算模型施加螺栓預(yù)緊力、燃?xì)獗l(fā)壓力、慣性力等應(yīng)力邊界條件，分析活塞在熱機耦合應(yīng)力下的受力和變形，計算其疲勞強度。根據(jù)仿真結(jié)果對活塞應(yīng)力或變形較大的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，對優(yōu)化后的活塞結(jié)構(gòu)重新