柴油机活塞稳态温度场和热应力分析外文翻译资料

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柴油机活塞稳态温度场和热应力分析

耀辉路uArr;，邢张，彭琳翔，笪伟东 机械工程学院 西南交通大学，成都，四川610031，中国

摘要

随着柴油机功率和性能的提高，燃烧室中的活塞受到较高的热负荷，热应力降低了其使用寿命。因此，有必要在设计过程中分析随后的活塞热应力，达到最佳选择。本文试图提出一种新的活塞理论设计计算方法。在这项研究中，开发了16V280柴油机活塞的3D实体模型，并进行了稳态和瞬态温度场的模拟计算。根据计算结果，活塞温度场的最大温度波动小于20L，使用稳态温度场作为热应力计算的边界条件，采用热机械解耦方法计算引起的热应力只有不均匀的温度分布。结果表明，最高温度为354 LC，出现在燃烧室的边缘。有限元模拟的稳态温度场与实验结果吻合良好。由热机械解耦获得的热应力在允许范围内，因为最大值为270 MPa。危险区域出现在燃烧室喉部，活塞头和裙部的接触区域。

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关键词：

柴油发动机；活塞；温度场；热应力；有限元分析

1。简介

作为发动机的主要加热部件，活塞在高温高负荷环境下长时间工作（最大气压达到13MPa）。 活塞具有加热面积大，散热差的特点，热负荷是最严重的问题[1]。 在实际工作中，由于热应力，存在许多故障模式。 活塞的结构设计对发动机的可靠性，排放，经济性和寿命有非常重要的影响。 在高温条件下，活塞受到周期性热负荷，在异常温度或燃烧条件下可能导致表面开裂，腐蚀，磨损甚至结构损坏[2]。可以得出结论，非常有必要分析热应力 的活塞。 因此，本文提出了一种使用热机械解耦FEM（有限元法）计算仅由不均匀温度分布引起的热应力的数值方法。

在活塞的热分析中，Buyukkaya [3]通过使用商业代码模拟了AlSi和钢活塞材料上的功能分级涂层的热性能。 Robinson和Palaninathan [4]用3-D有限元法分析了活塞浇注温度场。 在研究中

提出了通过气隙传热的有限元公式，用于3-D问题。 Guannan[5]将PA6柴油机分为几个部分，以获得更准确的边界条件。 PA6柴油发动机活塞边界条件的实证分析也已经被Gang改进[6]。该领域的相关研究已经成熟。

暂态分析从此开始取得长足进展。在热冲击试验的基础上，浙江大学XiZhen[[7]研究了高低频矩形热冲击模型中活塞的温度响应和热应力。WeiZ

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