基于Pro／Mechanica温度载荷下活塞的有限元分析

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1、第7卷第3期南通大学学报(自然科学版)Vo1．7NO．32008年9月JournalofNantongUniversity(NaturalScienceEdition)Sept．2008基于Pro／Mechanica温度载荷下活塞的有限元分析吕卫国，孟金玲2，居志兰(1．南通大学，江苏南通226019；2．长庆油田分公司机械制造总厂，陕西西安710201)摘要：将活塞简化为对称构件，采用1／4模型，以Pro／Mechanica为分析平台，运用有限元分析方法完成了内燃机活塞在热栽荷作用下的温度场和热流密

2、度分析．仿真结果表明：活塞最高温度出现在活塞顶面，最低温度发生在活塞裙部下端．活塞的主要热量是从活塞环处流失的，活塞最高温度为330℃，大部分温度都在281oC左右，不会因为温度过高使活塞产生过大的热应力变形而影响气环的密封性．活塞的热强度满足设计要求，为活塞优化设计提供了一种简明而有效的新思路．关键词：活塞；有限元分析；热流密度中图分类号：TB115文献标识码：A文章编号：1673—2340{2008)03—0063—04Pro／Mechanica-BasedFiniteElementAnalysi

3、sofPistonSubjectedtoTemperatureLoadingImWei-guo，MENGJin-ling~，JUZhi-lan(1．NantongUniversity，Nantong226019，China；2．MachineryMadeFactoryofChangqingPetroleumSub-Corporation，Xian710201，China)Abstract：Thefiniteelementanalysisoftemperaturefieldandheatflowdens

4、ityofpistonunderthetemperatureloadingisbasedonthePro／Mechanica．Thesimulationresultshowsthat：Thehighesttemperature(330％)appearsatthetopofthepiston，whilethelowesttemperatureappearatthepistonskin．Themostofheatislostfromtheloopsofpiston．Themostoftemperature

5、sareabout281~C，whichcann'tafectthesealingperformanceofgasringasheat-stressdeformationcausedbytheoverhightemperature．Thethermalintensityofthepistonmeetstherequirementofthedesign，whichcanofferaneweficientandconvenientwayforoptimizingdesignofpiston．Keyword

6、s：piston；finiteelementanalysis；heatflowdensityO引言作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向压力和摩擦力等周期性载荷作用．产活塞的工作状况直接关系到内燃机的工作可靠生机械应力和机械变形．高压气体燃烧产生的高温性和使用耐久性，同时直接影响到内燃机的排放性使活塞受热膨胀，使其内部产生热应力和热变形．能．活塞的结构和所处的工作环境十分复杂，在工热变形和机械变形耦合将导致活塞产生裂纹、活塞收稿日期：2008—06—21基金项目：江苏省“青蓝工程”项

7、目，南通市科技局应用计划研究项目(K2006011)作者简介：吕卫国(1965一)，男，南通大学工程师．·64·南通大学学报(自然科学版)2008年环胶结以及拉缸等[11．因此，在设计阶段对活塞进行加入(Assign)活塞模型中，应用网格自动生成功能温度场和传热分析，了解活塞的热负荷状态，以期产生有限元网格．对活塞进行改进，降低热负荷，改善热应力分布，3活塞的热分析提高其工作可靠性具有重要意义．随着内燃机强化程度的不断提高，其受热零部1活塞有限元网络模型建立件的热负荷也将随之增加．而内燃机的热负荷在很

8、保证分析精度的前提下．进行活塞有限元分析大程度上决定着发动机的经济性与可靠性．内燃机时适当简化其有限元分析计算模型是必要的．考虑受热零部件主要包括活塞、气缸套、气缸盖等．内燃到活塞几何造型的对称性，在Pro／E下取活塞零件机的热负荷影响通常有两方面：一是受热零部件由模型的1／4为有限元分析模型，这样既可以简化计于温度过高，而失去工作能力；二是受热零部件由算过程又可以得到可信的分析效果．于温度梯度过大而产生大的热应力、热疲劳而遭受破坏．热负荷一般可用单位面