全鋼活塞的熱機耦合仿真分析及疲勞壽命預(yù)測.pdf

1、內(nèi)燃機是當(dāng)前世界上應(yīng)用最為廣泛的熱動力裝置，它使燃料在燃燒室中進行燃燒，釋放熱能，是將高溫高壓燃料氣體本身的熱能經(jīng)連桿傳遞再通過曲柄轉(zhuǎn)化成機械能進而產(chǎn)生動力的工業(yè)革命的產(chǎn)物。而活塞是整個內(nèi)燃機工作環(huán)境最為嚴(yán)峻的一個零件，它受到高強度的機械負(fù)荷以及熱負(fù)荷，活塞疲勞設(shè)計的好壞直接關(guān)系到內(nèi)燃機的經(jīng)濟性、可靠性和使用壽命，所以對活塞進行熱機耦合分析和疲勞壽命預(yù)測是很有必要的。
　　本文是基于UG三維作圖軟件、ANSA前處理軟件、ANSYS

2、有限元分析軟件以及Ncode-designlife疲勞壽命后處理軟件，對活塞多軸應(yīng)力下的機械應(yīng)力、熱應(yīng)力和熱機耦合進行研究，分析其變形和應(yīng)力應(yīng)變分布，并結(jié)合熱機耦合的瞬態(tài)動力學(xué)分析對活塞的多軸疲勞壽命進行預(yù)測，同時還研究了活塞的低周熱疲勞壽命。主要做了以下工作：
　?。?）利用UG三維作圖軟件建立活塞連桿組的1/4三維模型，將模型導(dǎo)入到ANSA前處理軟件中，進行網(wǎng)格劃分，為了得到精確的分析結(jié)果，應(yīng)對倒角、倒圓、小孔和第一環(huán)槽部位進

3、行網(wǎng)格細(xì)化處理。
　　（2）根據(jù)經(jīng)驗和半經(jīng)驗公式確定活塞第三類熱邊界條件，在ANSYS軟件中將該邊界條件施加到活塞有限元模型上進行活塞穩(wěn)態(tài)溫度場計算，得到活塞的溫度場、熱流密度和溫度梯度分布。
　　（3）在求得溫度場的基礎(chǔ)上對活塞的熱負(fù)荷進行仿真分析，并研究最大爆壓時刻活塞的機械載荷，最后結(jié)合動力學(xué)，進行活塞熱機耦合的瞬態(tài)分析，得到活塞的變形和應(yīng)力應(yīng)變分布。
　?。?）運用臨界平面法和活塞材料的E-N曲線，根據(jù)熱機耦合