计及缸壁侧压力的活塞瞬态耦合有限元分析.pdf

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1、现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2013年第6期计及缸壁侧压力的活塞瞬态耦合有限元分析+刘汉辉，徐延海，闫研(西华大学交通与汽车工程学院，成都610039)摘要：为研究缸壁侧压力对活塞强度等的影响，利用有限元法分析缸壁侧压力的活塞瞬态耦合应力及变形。首先建立某型发动机活塞三维几何模型，利用ANSYS软件建立相应的有限元模型，再分析活塞工作工况，得到活塞热边界及力边界条件。最后利用ANSYS软件进行热分析以及瞬态耦合分析，得到活塞的温度场、热应力、瞬态耦合应力及变形。结果表明缸壁侧压力

2、增大了活塞变形量并产生应力脉冲，影响非常明显。该结果可为发动机活塞优化设计提供参考。关键词：活塞；缸壁侧压力；瞬态耦合分析；ANSYS软件中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671—3133(2013)06—0064—_05TransientcoupledanalysisofpistonunderlateralpressureviaFEMLiuHanhui。XuYanhai。YanYan(SchoolofTransportationandAutomotiveEngineeringofXihuaUniversi

3、ty，Chengdu610039，China)Abstract：Inordertoillustratetheeffectoflateralpressureonpiston，atransientcoupledstudyofpistonwiththeconsiderationoflateralpressurebyFEMispresented．First，onthebasisof3Dgeometricmodelofapiston，thefiniteelementmodelofthepistonisestablishedwithth

4、e印plicationofANSYS．Then，thermalandtheforceboundariesofthepistonaregivenbasedontheanalysisandcomputation．Finally，thermalanalysisandtransientcouplinganalysisarecarriedoutbyANSYStoobtaintemperaturefield，thermalstress，transientcouplingstressanddeformationofpiston．Numer

5、icalresultsshowthattheeffectoflateralpressureonpis-tonisobviousbyincreasingdeformationandstressofthepistonsharply．TheresultsCanprevideusefulinformationforfurther叩·timaldesignofenginepiston．Keywords：piston；lateralpressure；transientcoupledanalysis；ANSYS0引言活塞是发动机核心部件之

6、一，在周期性的热负荷和机械负荷作用下，其可靠性和耐久性一直是人们关注的焦点。许多研究工作利用有限元法对活塞运动过程中的温度及应力特性进行分析，包括稳态分析和瞬态分析¨剖或者单载荷分析和多载荷耦合分析[4引。在研究活塞温度以及应力特性的过程中，其边界条件的确定是最重要也是最复杂的，因此瞬态变化的热边界和力边界一直都是研究的热点。目前的研究一般通过简化的模型或经验公式来得到相关的边界条件，但忽略了缸壁侧压力以及惯性力等对活塞运动过程中应力特性的影响。由于活塞销孔的偏心，缸壁侧压力在一定程度上会加剧活塞环岸、销座及缸壁等的破坏。一

7、些分析往·四川省教育厅青年面上基金项目(12ZBl38)64往只注重活塞的热边界条件；在力边界中经常简化缸壁侧压力和惯性力的影响，使得靠近燃气的活塞头部的分析结果相对准确而头部以下的结果欠佳MJ。另外，在大量的研究中采用的是较简单的稳态分析，而没有采用能研究整个过程的瞬态耦合分析。本文进行计及缸壁侧压力和惯性载荷的瞬态耦合分析。考虑到活塞各部位受缸壁侧压力较为复杂，并随时间变化，详细地分析缸壁侧压力和惯性力的计算过程，然后利用有限元软件进行瞬态耦合分析，得到相应的应力曲线和变形位移。1活塞有限元模型1．1活塞的几何模型某型发

8、动机活塞三维实体几何模型如图1所示。活塞顶部为浅盆型燃烧室，其顶部边缘温度极高，所刘汉辉，等：计及缸壁侧压力的活塞瞬态耦合有限元分析2013年第6期以倒圆角以避免热应力集中；活塞有两道气环一道油环，由于缸壁侧压力会使活塞与缸壁反复碰撞，环岸的宽度适当加大且第三环岸倒圆角以避免环岸断裂；为了