基于ANSYS的发动机活塞参数化建模和有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义

随着社会工业化的发展，汽车发动机性能要求日益提高。活塞组作为内燃机的关键部件，作为发动机中工作条件最严酷的零部件，它的结构和所处的工作环境十分复杂，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、侧向压力和摩擦力等周期性载荷作用，产生机械应力和机械变形，导致活塞产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等.它的设计是否合理，将直接关系到高速内燃机的工作可靠性、使用耐久性和内燃机的排放性能。因此探究活塞的设计及其在机械负荷作用下的变形是十分必要的。发动机作为一种热能动力机械，其运转的可靠性、经济性和其他技术指标，都直接取决于发动机工作过程中热工转换的质量。随着车用内燃机向着高强化方向的发展，发动机的转速、平均有效压力、最高爆发压力不断提高。而活塞作为发动机中承受热负荷并将热能转化为机械能的主要部件，长期工作在恶劣的条件下，承受很高的热负荷。在发动机实际工作过程中，燃气最高温度可达到2000℃左右。活塞顶部直接与燃气接触，还承受一部分由摩擦产生的热量。但是活塞的散热条件受到一定的限制，导致了活塞在实际运行过程中的温度会很高。据资料介绍（W.柏夫劳姆，K.磨伦浩尔著，唐后启等译.内燃机传热。哈尔滨船舶工程学院出版社，1992）在内燃机的传热中，通过活塞组件的传热量占到内燃机总的传热量的30%到40%之间，活塞温度急剧升高而使其材料的机械强度降低，抗弹性变形和抗塑性变形的能力也随之下降，由于受热不均匀，引起活塞变形，从而产生巨大的热应力。这些高强度的热应力和机械应力严重影响着活塞的使用寿命，并可能导致活塞烧顶，拉缸，结胶等故障，极大地危害发动机整体运行的可靠性和耐久性。因此，要提高发动机整机的可靠性水平，就要对活塞的热负荷进行全方位的实验和理论计算研究。活塞作为发动机最重要的部件之一，所处的工作条件也相当恶劣：高温、高速、高负荷、润滑不良、冷却困难等。因此它也是发动机中故障发生率较高的零件之一。在工作中，活塞除受高温燃汽的加热作用外，还受到气体压力、往复惯性力和连杆在倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用。ＡＮＳＹＳ是一个功能十分强大的、通用性很强的有限元分析软件，所以本文基于ＡＮＳＹＳ软件欲开发出发动机活塞有限元分析系统。

2. 国内外研究现状分析

国内外研究概况

动力工程机械中处于高温状态下工作的零部件,因金属材料在高温下的物理

和机械性能与室温下有较大差异,所以研究金属材料的高温强度理论和相应特种

3. 研究的基本内容与计划

第一～三周：检索相关文献，收集资料，为毕业设计做前期准备工作，熟悉设计步骤，理清设计流程，列出调查计划，完成文献综述；

第四～六周：在图书馆或本校内网登陆中国知网搜索论文相关文献，并下载。整理并总结资料。

第七～十周：对发动机活塞失效形式进行分析，主要有两点：机械失效、热失效，并了解减少或避免活塞失效的方法。

4. 研究创新点

活塞组件的相互作用以及由此而产生的整个组件中各部件的振动、变形、应力一

直是研究人员分析的一个重要方向。同时由于活塞组件的结构几何形状、各部件结合

关系、物理性质的复杂性而导致其所涉及的数学、力学问题相当复杂，多年来人们从