某型航空活塞发动机活塞有限元分析

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringStudyonFiniteElementNumericalSimulationforPistonofaCertainAerialPistonEngineAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyYuChunleiAdvisedbyProf.GuanYupuSubmittedi

2、nPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2011承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇

3、编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士论文摘要航空活塞发动机是主要用于飞行高度在5000米以下的中低速飞机（包括教练机，无人机，农林用机等）的动力装置，具有热效率高、结构简单、燃油消耗低以及推重比大等优点，因此具有广阔的应用前景，是未来航空飞行器动力装置的一个重要发展方向。活塞是航空活塞发动机的重要组成部件，航空活塞发动机的安全性与可靠性受到活塞结构强度的巨大影响。本文以某型航空活塞发动机活塞为研究对象，对活塞的有限元计算方法进行了研究。具体内容包括：总结了活塞有限元计算的

4、理论基础，确定了活塞温度场的边界条件的给定方法，建立活塞的有限元计算模型，采用结构分析软件ANSYS，对活塞的温度场、应力场进行数值分析。经分析计算得出发动机在5000rpm最大扭矩工况下最高温度为340.3℃，最大热应力为78.46MPa，最大热变形为0.22mm，最大机械应力170.63MPa，最大综合应力为133MPa。通过对比活塞的机械应力分布和综合应力分布可以发现，最大应力分布区域位置都在活塞销孔内缘上侧，但是由于温度载荷的施加，活塞的综合应力降低了约40MPa。经过本文研究分析，更深入地了解活塞的受热情况，为

5、降低热负荷，改善应力分布等优化设计提供精确的理论依据，可用于航空活塞发动机活塞的故障分析等，并可应用于提高航空活塞发动机可靠性及使用寿命。目前，国内外对航空活塞发动机活塞的强度和结构响应的研究较少，本文提出了航空活塞发动机的结构强度的有限元分析方法，用来验证航空活塞发动机工作的安全性，旨在为航空活塞发动机活塞结构优化设计提供技术储备，对开展航空活塞发动机的工程应用等工作具有重要的意义。关键词：航空活塞发动机，活塞，有限元，温度场，强度分析，数值模拟i某型航空活塞发动机活塞的有限元分析ii南京航空航天大学硕士论文Abstr

6、actAviationpistonengineismainlyusedforthelow-speedaircraftbelowanaltitudeof5000meterswhichincludestraineraircraft,unmannedaerialvehicles,agricultureandforestryuseandsoon.Anditpossesseshighthermalefficiency,simplestructure,lowfuelconsumptionandlargethrusttoweightr

7、atio.Therefore,ithasbroadapplicationprospects,makingitanimportantdirectionforfutureaviationaircraftpowerplant.Safetyandreliabilityofaviationpistonengineisgreatlyinfluencedbythestrengthofthepistonstructurewhichisakeycomponentoftheaviationpistonengines.Inthispaper,

8、thepistonofatypeofaviationpistonengineisdiscussedbyusingthefiniteelementmethod.Thestudycanbedividedintofoursteps:thefirststepisthesummaryofthefiniteelementtheo