目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2柴油机活塞有限元分析研究的背景和意义 (2)
1.3柴油机活塞有限元研究的国内外发展状况 (4)
1.4本课题研究的对象及主要内容 (6)
第二章柴油机有限元分析基础 (9)
2.1有限元软件的介绍 (9)
2.2有限元软件热应力分析基本原理 (10)
2.3有限元分析中热应力问题中的物理方程 (11)
2.4有限元软件中边界条件的确定 (13)
第三章柴油机活塞热负荷研究 (15)
3.1柴油机活塞有限元模型建立及边界条件设置 (15)
3.1.1柴油机活塞的有限元模型的建立 (15)
3.1.2柴油机活塞边界条件设置 (17)
3.2柴油机活塞的热负荷分析 (20)
3.2.1柴油机活塞温度分布 (21)
3.2.2柴油机活塞的应力分布 (22)
3.2.3柴油机活塞的变形分布 (23)
3.3柴油机热负荷下活塞模型温度与试验温度验证 (23)
第四章柴油机活塞机械负荷研究 (27)
4.1柴油机活塞边界条件设置 (27)
4.1.1柴油机活塞所受各力计算 (27)
4.1.2柴油机活塞载荷的施加及边界约束 (28)
4.2柴油机活塞单独机械负荷分析 (30)
4.2.1柴油机活塞机械负荷下的应力分布 (30)
4.2.2柴油机活塞机械负荷下的变形分布 (31)
4.3柴油机活塞热——机耦合作用分析 (32)
4.3.1耦合作用下活塞的温度分布 (32)
4.3.2耦合作用下活塞的应力分布 (33)
VI
4.3.3耦合作用下活塞的变形情况 (36)
第五章柴油机活塞热负荷改进 (39)
5.1底喷冷却对柴油机活塞的影响 (39)
5.1.1底喷冷却对活塞温度的影响 (39)
5.1.2底喷冷却对活塞应力的影响 (40)
5.1.3底喷冷却对活塞变形的影响 (41)
5.2加开冷却槽对活塞的影响 (42)
5.2.1冷却槽的位置及大小设置 (43)
5.2.2冷却油槽的边界条件设置 (43)
5.3加开冷却油槽后活塞的分布规律 (44)
5.3.1加开油槽后活塞的温度分布 (44)
5.3.2加开油槽后活塞的应力分布 (45)
5.3.3加开油槽后活塞的变形分布 (46)
5.4改变冷却槽位置对比活塞各分布情况 (47)
5.4.1加开冷却槽后的模型建立 (48)
5.4.2不同模型温度分布对比 (49)
5.4.3不同模型应力对比分布 (51)
5.4.4不同模型变形对比分布 (53)
第六章总结与展望 (57)
6.1全文总结 (57)
6.2展望 (58)
参考文献 (59)
攻读学位期间所取得的相关科研成果 (63)
致谢 (65)
VII
VIII 符号说明
ρ-材料密度3
/m Kg λ-传热系数，11--??K m W Q -内热源，J
)(1t T -S1给定温度，℃
()t q f -热流密度，2
/m J c h -对流换热系数，W/(m2·K)
∞T -环境温度，℃
c -活塞环的中心距，mm
1λ-燃气的导热系数，11--??K m W Nu -努赛尔数
p δ-活塞内腔壁厚，mm
2w t -活塞内腔的温度，K
p λ-活塞材料的导热系数11--??K m W α-曲轴转角,°
ω-曲轴的旋转角速度，s rad /g p -活塞缸内气体绝对压强，MPa h F -活塞投影的面积，mm 2j m -活塞组件质量，Kg
n P -裙部会受侧压力，MN
m -喷嘴的质量流量，Kg/s
S -冷却油与活塞油腔的对流换热面积mm 2T c -比热,K
Kg J ?/T α-热膨胀系数，mm/℃
e
T q -节点温度，℃
ε
0P -温度等效载荷，N
g T -不同曲轴转角对应的温度值，℃g a -不同曲轴转角对应的换热系数，W/(m 2·K)2a -活塞环区上沿间隙，mm b -活塞缸套厚度，mm 2λ-缸套的导热系数，11--??K m W Pr -普朗特数1w t -活塞顶部的温度，K oil t -活塞内腔油的温度，K g P -缸内气体作用在活塞顶部总作用力，MN β-连杆轴线离气缸轴线角度，°r -曲柄的旋转半径，mm 0P -曲轴箱里的气体绝对压强，MPa D -气缸的直径，mm j P -往复的惯性力，MN Q -活塞销座受到的支反力，MN c -冷却油的比热，J/(kg·K)g -重力加速度，m/s 2