某240型柴油机活塞有限元分析.pdf

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1、第5期内燃机No．5201IS10月InternalCombustionEnginesOct．2011集秘。蜜蔡渣机滴錾翻喊矗自。宁友一李琨；簿马守器一，。(1．沈阳铁路局，辽宁沈阳110001；2．大连交通大学，一辽宁大连116028)’一。摘要：活塞组由活塞、活塞销、活塞环等零件组成。活塞是内燃机的关键零部件之一，活塞的结构和所处的工作环境都十分复杂，在工作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力和销座支反力等周期性载荷作用，产生机械应力和机械变形。高压气体燃烧产生的高温使活塞温度分布很不均匀，导致活塞产生热应力和热变形。因此，对活塞在热负荷和机械负荷

2、共同作用下的变形、应力进行有限元分析，了解活塞的变形和应力分布情况，对改进活塞设计，提高其工作可靠性具有意义。关键词：活塞；ANSYS；有限元分析中图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：1000—6494f2O11)o5—0019—03FiniteElementAnalysisofPistonin240DieselEngineNINGYou—bo，LIMing—hai，MAShou—yuan(1．ShenyangRailwayBureau，Shenyang110001，China；2．DalianJiaotongUniverdity，Dalian116028

3、，China)Abstract：Pistonsetareconstitutebythepiston，pistonpin，pistontingsandotherparts．Thepistonisoneofthekeycomponentsofinternalcombustionengine，itsstructureandworkingenvironmentiscomplex．Receivedthehighgaspressure，high—speedreciprocatinginertiaforceandsupportreactionforceofpinseatcycl

4、icalloading，itresultsinmechanicalstressandmechanicaldeformation．Hightemperaturecombustionandhighpressuregasmakethepistontemperaturedistributionuneven，whichresultsinpistonthermalstressandthermaldeformation．Therefore，theelementanalysisofpistonintheheatloadandmechanicaltoadissignificant，

5、thefiniteelementanalysisshowthedeformationandthestressdistributionofthepiston．Itismeaningfulforimprovedpistondesignandreliability．Keywords：piston；ANSYS；finiteelementanalysis由于活塞的工作环境与所受载荷都十分复同时对一些对计算影响不大的油孔做省略处理。建杂，所以活塞在巨大机械载荷与热载荷下的可靠性立好的实体模型见图1。一直是研究人员关注的问题，所以主要应用Pro／ENGINEER软件对活塞进行三

6、维实体的简化建模，然后应用有限元分析软件ANSYS对活塞进行结构与热的耦合分析，综合考虑在机械载荷与热载荷共同作用下活塞的受力与温度分布情况，确定活塞的机械应力、变形及温度的传导等，对此类型活塞的设计提供计算依据。1活塞的三维实体模型图1活塞的三维实体简化模型笔者应用Pro厄三维建模软件对活塞进行实体2活塞的主要参数简化建模，将活塞实体假想为一个规则的回转体，活塞的工作环境十分恶劣，因此对活塞材料作者简介：宁友波(1972一)，男，高级工程师，主要性能有着较高的要求，一般要满足下面几个条件：从事内燃机车及其柴油机的研究。密度小，热膨胀系数小，好的耐磨性，热传导性，

7、收稿日期：2011—06—30良好的加工性能等。本课题采用的材料基本参数见内燃机2011年10月表1。当曲轴转角为371．4。，此时活塞顶部的气体表1活塞材料参数压力最大，大小为12．55MPa，气缸内气体作用在项目参数活塞上的气体压力：活塞材料=(p，一Po)泊松比式中，为缸内气体作用在活塞顶部的总压活塞弹性模量／MPa力，N；为缸内气体绝对压力，MPa；Po为大气压材料密度／(kg·L)力，MPa；A为活塞顶部投影面积，A=1rD×t9／4，D质量／kg为气缸直径，取P~=12．25MPa，-0．1MPa，=0．24比热容／(J·kg一-k)m。代人相关数据计

8、算得到=5