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发动机零部件热负荷仿真分析

作　者: 孔凡良
导　师: 刘建华
学　校: 北京交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 热负荷有限元方法活塞气缸体气缸盖
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 364次
引　用: 4次
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内容摘要

近年来,发动机的强化程度不断提高,对于发动机主要零件的热负荷分析成为了发动机设计开发以及改进工作中的重要环节。有限元仿真分析方法是发动机零件热负荷分析的一种有效手段。本文就是利用有限元法对发动机零件进行了热负荷仿真分析。本文是在某型号发动机的初期设计阶段对发动机的主要零件:活塞、气缸体以及气缸盖进行结构设计以及热负荷有限元仿真分析。本文首先根据参考机型资料以及相关发动机设计资料,设计了活塞、气缸体与缸盖的结构,结构设计过程采用参数化造型设计软件Pro/E。本文根据相关研究得到的经验公式与经验数据,同时结合拟开发发动机的设计目标参数确定分析边界条件。本文使用大型通用有限元分析软件ANSYS进行网格划分及热负荷有限元分析,分析得到各零件的热负荷分布情况。本文对活塞进行了燃气换热系数、燃气平均温度等影响因素对热负荷的影响分析,并且结合活塞温度负荷较高的实际情况,分析了内腔冷却对活塞热负荷的影响。对气缸体针对实际使用情况,进行了在地面、高空等各种使用环境下的热负荷情况分析,同时也分析了坏境温度、燃气平均温度与空气换热系数对气缸体热负荷的影响。根据气缸盖热负荷情况设计了不同的气缸盖结构,分析了相应结构的热负荷情况,对两种气缸盖结构方案分别进行了环境温度、燃气平均温度以及底板结构变化对热负荷影响的计算分析。通过计算分析,得到活塞、气缸体、气缸盖的基本热负荷分布情况。同时得到燃气换热系数、燃气平均温度等换热影响因素对活塞、气缸体、气缸盖的影响程度。分析得出了气缸盖底板结构变化对气缸盖热负荷影响的程度。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-16
  1.1 引言  11
  1.2 发动机热负荷有限元分析研究概况  11-14
  1.3 选题意义与论文主要研究内容  14-16
    1.3.1 论文选题背景与意义  14-15
    1.3.2 论文主要研究工作  15-16
2 发动机热负荷有限元分析理论与课题方法概述  16-29
  2.1 传热问题基本理论  16-21
    2.1.1 导热微分方程  16-17
    2.1.2 导热问题定解条件  17
    2.1.3 发动机热负荷分析中边界条件确定  17-21
  2.2 热弹性分析基本理论  21-23
    2.2.1 基本方程  21-23
    2.2.2 边界条件  23
  2.3 热负荷分析有限元方法理论  23-26
    2.3.1 有限元方法概述  23-24
    2.3.2 热传导方程求解的有限元法  24-25
    2.3.3 应力方程求解的有限元法  25-26
  2.4 课题研究方法概述  26-29
    2.4.1 材料选取与建模软件介绍  26
    2.4.2 分析软件介绍  26-28
    2.4.3 单元确定与网格剖分  28
    2.4.4 分析方法  28-29
3 活塞热负荷分析  29-53
  3.1 活塞结构设计与基本热负荷分析  29-35
    3.1.1 模型设计  29-30
    3.1.2 网格划分  30-32
    3.1.3 边界条件确定与加载  32
    3.1.4 初步热负荷分析结果  32-35
  3.2 空气流动对活塞热负荷影响  35-41
    3.2.1 边界条件确定  35-36
    3.2.2 分析结果对比分析  36-41
  3.3 内部燃气平均温度变化对活塞热负荷影响  41-45
    3.3.1 边界条件确定  41
    3.3.2 结果对比分析  41-45
  3.4 内部燃气换热系数对活塞热负荷影响  45-49
    3.4.1 边界条件确定  45
    3.4.2 结果对比分析  45-49
  3.5 采用喷油冷却后活塞热负荷情况  49-51
    3.5.1 边界条件确定  49
    3.5.2 分析结果  49-51
  3.6 活塞热负荷分析总结  51-53
4 气缸体热负荷分析  53-73
  4.1 气缸体结构设计与初步热负荷分析  53-57
    4.1.1 模型设计  53-54
    4.1.2 网格剖分  54-55
    4.1.3 边界条件确定  55
    4.1.4 气缸体热负荷分析结果  55-57
  4.2 高空环境下热应力分布分析  57-58
    4.2.1 边界条件确定  57
    4.2.2 分析结果  57-58
  4.3 空气换热系数对气缸体热负荷影响  58-63
    4.3.1 边界条件确定  58-59
    4.3.2 分析结果  59-63
  4.4 环境温度变化对气缸体热负荷影响  63-68
    4.4.1 极限环境温度热负荷分析  63-66
    4.4.2 仅环境温度变化对气缸体热负荷影响分析  66-68
  4.5 内部燃气平均温度对气缸体热负荷影响  68-71
    4.5.1 边界条件确定  68-69
    4.5.2 分析结果  69-71
  4.6 气缸体热负荷分析总结  71-73
5 气缸盖热负荷分析  73-102
  5.1 初步设计方案及其热负荷分析  73-80
    5.1.1 结构设计  73-74
    5.1.2 有限元网格划分  74-76
    5.1.3 边界条件确定  76-77
    5.1.4 分析结果  77-80
  5.2 改动结构方案设计与热负荷分析  80-85
    5.2.1 结构设计  80-81
    5.2.2 网格划分  81-82
    5.2.3 有限元热负荷分析  82-85
  5.3 换热因素对热负荷影响分析  85-95
    5.3.1 外部环境温度影响分析  85-90
    5.3.2 内部燃气平均温度影响分析  90-95
  5.4 结构因素对热负荷影响分析  95-101
  5.5 气缸盖热负荷分析总结  101-102
6 全文总结与工作展望  102-104
  6.1 全文总结  102-103
  6.2 工作展望  103-104
参考文献  104-107
学位论文数据集  107

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