【導(dǎo)讀】[摘要]本文針對將S195型柴油機的渦流室燃燒室改為直噴式燃燒室,對活塞的結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計。圖和變形云圖，根據(jù)分析結(jié)果，活塞的最大應(yīng)力和最大位移并沒有超出允許范圍,本設(shè)計滿足了改進后發(fā)動機的實際工況。

　　

【正文】 es 在彈出的對話框中依次選擇 areas、 by location 、 Y coordinates 在 Min,Max 中輸入 90， 110，點擊 apply 和 plot,然后在 select entities對話框中選擇依次選擇 areas – by num/picked – from full – 點擊 OK，然后用鼠標(biāo)選擇預(yù)選面。 點擊 mainmenu – solution – define loads –apply structural–pressure – on areas,在彈出的對話框中點 pick all,在彈出的 apply PRES on areas 對話框中的 load PRES value 框中輸入壓力值 ,這樣就完成了最大爆發(fā)壓力的加載。 圖 8 活塞的載荷施加情況 （ 5） 軸線上一節(jié)點的約束 為了避免在分 析過程中活塞產(chǎn)生剛體擺動，限制軸線上一節(jié)點垂直活塞銷孔子軸線的運動，具體過程如下： Select enitities – 在彈出的對話框中依次選擇 nodes by location X 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 coordinates 在 Min,Max中輸入 0,點擊 apply,plot,在 select entities 對話框中再依次選擇 nodes by num/pick from full 點擊 OK,彈出 select nodes 對話框后用鼠標(biāo)選擇活塞軸線上任一點 ,點 OK, 點擊 mainmenu – solution – define loads –apply –structural – force/moment – on nodes,在彈出的對話框中點 pick all,又彈出一個對話框 ,在 direction of force/mom 選擇 FX,點擊 OK,這樣就完成了此步操作。加載后載荷如圖 8 所示 3． 3． 3 有限元分析結(jié)果 活塞工作時受到氣體的爆發(fā)壓力和往復(fù)慣性力的作用，它們的共同特點是都沿著活塞的軸線方向作用，所以活塞的軸線方向承受著極大的載荷。由 圖 9 可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在活塞銷座上表面，這與理論分析相符。由于活塞在上止 點附近向下運動時活塞銷會發(fā)生彎曲變形，使活塞銷座也出現(xiàn)變形，而銷座上表面的較大剛度阻止活塞銷座的形變， 從而導(dǎo)致了活塞銷孔的上端出現(xiàn)了應(yīng)力的集中 。 在活塞銷座處的最大應(yīng)力為 97MPa 左右 ,還遠遠未超過活塞材料在 200℃時的最大許用應(yīng)力 196MPa， 而活塞的其他部位應(yīng)力值都在 30MPa 以下 。 圖 9活塞應(yīng)力分布 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 24 另外 ,活塞加強筋與活塞的頂部相連的部位也會出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況 如圖 10,但其應(yīng)力值同樣小于活塞材料的許用的應(yīng)力值 260MPa。 氣體燃燒壓力和往復(fù)慣性力引起的活塞變形是不均勻的。 在活塞銷穿過的一側(cè)，由于銷座的剛性較大，加上活塞銷的約束作用使活塞裙部的變形較小。而無活塞銷的另一側(cè)，裙壁較薄，又無軸向約束，則使裙部的變形較大。因此，活塞兩側(cè)的軸向位移相差 ，如圖 11 所示，圖中網(wǎng)格線代表變形前的活塞位置。 圖 10 加強筋處的應(yīng)力集中 由圖 12 可見，活塞頂面呈彎曲變形， 靠頂面下塌一側(cè)的活塞環(huán)槽壁向 外 擠壓 ,而靠頂面拱起一側(cè)的活塞環(huán)槽壁向內(nèi)擠壓 .從而形成活塞頭部與裙部之間的周向間隙和接觸力分布不均勻 ,活塞最大變形量為 。 未超過允許配缸間隙~[9] 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 圖 11 活塞變形圖 圖 12 活塞變形 剖面圖 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 結(jié)束語 本 文針對 S195 柴油機渦流室燃燒室改為直噴式燃燒室 ,對活塞的結(jié)構(gòu)做了改進 ,通過有限元分析軟件 ANSYS 進行分析 ,得出了活塞在最危險工作條件下的應(yīng)力分布與變形情況 ,結(jié)果表明 活塞銷座 內(nèi)孔的上表面 是活塞的應(yīng)力較集中的地方 ,容易產(chǎn)生疲勞破壞導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生 ,同時活塞加強 筋處 也是應(yīng)力較為集中的地方 ,活塞的最大位移和最大應(yīng)力均未超出允許值，本設(shè)計 可以適應(yīng) S195 柴油機直噴化 改造后的 實際工況 。 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 27 致謝 本課題在選題及研究過程中得到 鄭 老師的悉心指導(dǎo)。 鄭 老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。 本論文從選題到完成，每一步都是在 鄭老 師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 28 參考文獻 [1]《船用柴油機設(shè)計手冊》編輯委員會 .船用柴油機設(shè)計手冊 (三 ).國防工業(yè)出版社 ,1979 [2]黃震，張繼春，徐斌，李興虎 .基于有限元的活塞 優(yōu)化設(shè)計分析 .昆明理工大學(xué)學(xué)報 ,第 31 卷第 3期 ,2021 年 6月 [3]柴油機設(shè)計手冊編輯委員會 .柴油機設(shè)計手冊 .中國農(nóng)業(yè)機械出版社 ,1984 [4]周龍保 .內(nèi)燃機學(xué) .機械工業(yè)出版社 ,2021 [5]張洪信 ,趙清海等 .ANSYS 有限元分析完全完全自學(xué)手冊 .機械工業(yè)出版社 ,2021 [6]施培文 ,杜愛民 .發(fā)動機活塞熱分析 .內(nèi)燃機第 3 期 ,2021 年 6月 [7]陳永東 ,鐘紹華 .內(nèi)燃機活塞的有限元分析 .輕型汽車技術(shù) ,2021 年 11月 [8]張樂樂 ,譚南林 ,焦風(fēng)川 .ANSYS 輔助分析應(yīng)用基礎(chǔ)教程 .清華大學(xué)出版社 ,北京交 通大學(xué)出版社 ,2021 [9]柯開波 .談?wù)劙l(fā)動機的配缸間隙 .內(nèi)燃機 ,1998 年第一期 [10] , and . EVALUATION OF THE THERMAL AND STRESSSTRAIN STATE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON BY THE FINITEELEMENT METHOD .Problemy Prochnosti ,m , February , 1980. [11] and . Holographic Analysis of the Deformation of a Diesel Engine Piston. Experimental Mechanics 457 ,1989 [12] 張宗杰 .內(nèi)燃機課程設(shè)計指南 .華中理工大學(xué)出版社 ,1995 [13]《船用柴油機設(shè)計手冊》編輯委員會 .船用柴油機設(shè)計手冊 (五 ).國防工業(yè)出版社 ,1979 [14] 《船用柴油機設(shè)計手冊》編輯委員會 .船用柴油機設(shè)計 手冊 (四 ).國防工業(yè)出版社 ,1979 [15] 武思宇 , 羅偉 .ANSYS 工 程 計 算 應(yīng) 用 教 程 . 中 國 鐵 道 出 版社 ,2021t gKQcWA3Pt GZ7R4I30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GshLs50cLm TWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGeaUwYDI AWGMeR4I 30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI92t gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGt gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GshLs50cLm TWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGeaUwYDI AWGMeR4I 30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI92t gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGt gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI92t gKQcWA3Pt GshLs50cLm TWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGea UwYDI AWGeR4I30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGt gKQcWA3Pt GZ7R4I 30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GshLs50cLm TWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGeaUwYDI AWGMeR4I30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I 30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGeaUwYDI AWGMeR4I 30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92tgKQcWA3Pt GZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I 30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92tgKQcWA3Pt GshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm 32WGeaUwYDI AWGMeR4I30kA1DkaGhn3Xt KknBYCUDxqA7FHYi 2CHhI 92t gKQcWA3Pt GZ7R4I30kA1DkaG 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29