基于ANSYS活塞头部的可靠性分析.pdf

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1、2011年第3期(总第236期)农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERINGNo．320lI(Totally236)doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2011．03．005基于ANSYS活塞头部的可靠性分析高晖，王延遐，董敏，高伟(山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049)摘要：根据活塞顶部的轴对称性，利用有限元软件ANSYS建立活塞头部的二维参数化模型，并基于有限元分析软件ANSYS的结构可靠性分析模块建立分析文件。将有限元分析方法与蒙特卡洛方法结合。得出影响活塞头部安全

2、性的灵敏度指标分析，同时给出概率分布函数及其他主要影响因素。关键词：活塞；APDL；有限元分析；可靠性分析；灵敏度中图分类号：TK413．3'3：TP391．77文献标识码：A文章编号：1673—3142(2011)03-0015-03ReliabilityAnalysisofPistonHeadonANSYSGaoHui，WangYanxia，DingMin，GaoWei(CollegeofTransportationandVehicleEngineering，ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049，China)Ab

3、stract：Basedontheaxialsymmetryofpistonhead，the2DparametricmodelofpistonheadisestablishedbyusingtheANSYSsoftware．TheFEApin．amwhichisappliedtothethermalanalysisiswrittenbyAPDLandthereliabilityanalysisiscarriedoutbyusingtheANSYSsoftware．AccordingtotheFEMandtheMonteCarloMethod．thesensiti

4、vityindexforthesafetyofpistonheadisobtainedandtheprobabilisticdistributionfunctionisputforward，inaddition，themainlyinfluencingfactorisdescribedbythechart．Keywords：piston；APDL；FEM；reliability；sensitivity1引言活塞是内燃机燃烧室重要组件之一，它直接与高温高压燃气接触。承受着很高的热负荷和机械负荷，在长时间高温状态下工作，不仅使活塞材料的强度大大降低，而且由于周期性温

5、度变化，使活塞产生热变形、热应变、热应力和热疲劳。实践证明。活塞在较长时间的热负荷作用下，会引起材料强度的降低，从而可能引发材料的永久变形活塞断裂损坏等失效现象。活塞顶部本身就是内燃机燃烧室的一部分．其在工作过程中受到热负荷影响也是整个活塞结构中最严重的，例如活塞环岸容易出现温度过高而使润滑剂碳化粘结。由于活塞结构的复杂性．一般情况下对其进行优化和可靠性分析都是利用一些经验来完成。但是结果往往得不到期望的满意值。随着数值模拟的快速发展，利用计算机进行可靠性设计分析就变得非常方便了．在工程应用及产品设计方面都显得尤为明显。本文利用活塞头部的轴对称性质，对活塞头收稿

6、日期：2010—12—19作者简介：高晖(1982一)，男，山东菏泽人，山东理工大学车辆与工程学院，固体力学研究生。部进行了参数化建模．并根据结构可靠性的基本原理，将活塞顶部厚度、活塞火力岸高度、冷却油腔高度等不确定因素作为设计输出变量，将最大变形、最高温度及危险部位最大应力作为输出变量，从而得出对输出结果及失效概率影响较大的因素，并求得输入变量与输出变量的灵敏度关系。通过分析得到结构尺寸参数对活塞头部寿命和可靠性的影响大小．这对以后对活塞头部的优化设计提供了很好的参考。2可靠性分析概念可靠性分析就是分析所建立的参数化模型的一些输入设计参数和假设的不确定因素对设

7、定的输出结果的影响。并对结果进行判断分析．使其在不能完全消除输入变量参数的情况下提高产品的可靠性。结构强度可靠性分析中，结构强度的极限状态是由功能函数来表达的，其表达形式为G=g(x)，其中随机向量z=(戈，，％⋯，xn)表征了工程中存在的不确定因素，如结构尺寸、材料属性参数和随机载荷等。当g(茗)>o时说明处于安全状态，髯(石)=0时结构处于极限状态，g(髫)

8、杂性。对活塞实体模型不太