基于ANSYS的活塞温度场分析.pdf

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1、第43卷第1期2014年2月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUS7nONENGINEANDMOTORCYCLEV01．43No．1Feb．2014·设计·计算·基于ANSYS的活塞温度场分析+胡振1·2乔信起1王渠东2·3叶兵2’3(1一上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海2002402一上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心3一上海交通大学复合材料国家重点实验室)摘要：发动机的活塞长期工作在高温、高压及高负荷的环境下，容易形成热疲劳。通过分析活塞的温度场可以对其进行有目的的设计，减小热负荷。通过利用uG

2、对活塞进行实体建模，并结合ANSYS对其进行了合理的有限元分析，计算出活塞在冷启动工况时的三维温度场分布，为研究活塞设计提供了重要依据。关键词：冷启动活塞ANSYs温度场中图分类号：TK402文献标识码：A文章编号：1671一0630(2014)01—0025—04AnalysisofPistonTemperatureFieldB嬲edonANSYSHuZhenl”。Qi∞Xinqil。WangQudon92⋯。YeBin92'31一CombustionaIldEnvimnmentalTechnolog)rResearchcenter，S

3、hanghaiJiaoTonguniVersity(shanghai，200240，China)2一NationalEnginee而ngResearchCenterofLjghtAUoyNetFoming，ShanghaiJiaoTongUniversity3一StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniVersityAbstract：Theen舀nepistonworksinhightemperatureandh远hpressureandhighloadenV

4、ironmentforalongtime，andit台e鹪ytofo珊themalf“igue．InordertoovercometllenegatiVeefkctscausedbyenVimnment，thispaperusesUGfors01idmodelingondieselenginepiston，andadoptsANSYStoestablishareasonablefi—niteelementmodel．Throught}lefiniteelementanalysissoftwareANSYS，thetempemturefie

5、lddistdbutionofpistononcoldstartconditioniscalculated，whichprovidesabasisfbrthestudyofoptimizingthedesignofpis—tOn．Keyworlls：ColdstaJt，Piston，ANSYS，T色mperaturefield引言活塞组是内燃机中工作条件较严酷的零部件之一。活塞组的热负荷往往制约了发动机的强化潜力。活塞工作时，顶面承受瞬变高温燃气(最高温度可达2000—2500℃)的作用，使活塞顶温度很高。而且其温度分布很不均匀，各部位的

6、温度梯度大，所产生的热应力容易使活塞顶表面开裂。解决活塞热负荷问题最直观而有效的处理方法是求取活塞的温度场，从而全面分析活塞的温度全貌，进而指明热负荷改善的途径，为活塞的结构优化设计提供依据。本文应用有限元分析软件ANsYs对某车用发动机活塞进行模拟计算，得出活塞在不同初始温度下启动时的温度分布，为解决+基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目(2009从033501)。作者简介：胡振(1990一)，男，硕士研究生，主要研究方向为车用发动机活塞研究。小型内燃机与摩托车第43卷温度过高造成活塞热负荷过大的问题提供帮助。1活塞的

7、三维参数化建模随着计算机技术的发展，有限元、差分等数值模拟计算方法已日臻成熟，对于活塞的传热数学模型也已开展了大量而有益的研究工作。自20世纪70年代开始，我国就将有限元技术应用于内燃机产品设计中。T．Morel¨1首次用网格法模拟了活塞的三维稳态温度场。方华口1将活塞销模拟成活塞的一部分，活塞销与活塞之间作为接触问题考虑，引人间隙元模拟实际工作状态，模型分1331个节点，748个8节点六面体单元，72个间隙元。利用该模型计算出活塞与销座间接触区域的大小和接触面上的压力分布。冯立岩"1研究8E160柴油机活塞采用的是正置燃烧室，几何模型严

8、格对称，所以采用l／4模型，分为14941个节点，32593个四面体单元。在有限元方法发展的早期，研究人员将活塞的模型进行大量简化的处理，只取1／4或1／2活塞建立模型，大大减少了工作量，例如