基于有限元分析的s195柴油機活塞改進設(shè)計畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-06-19 22:48 本頁面
【正文】 在此，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！參考文獻[1]《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，,第31卷第3期,2006年6月[3],1984[4],2005[5]張洪信,2008[6]施培文,2006年6月[7]陳永東,2006年11月[8]張樂樂,譚南林,北京交通大學(xué)出版社,2006[9],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~[9]圖11 活塞變形圖圖12活塞變形剖面圖結(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。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。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。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 ,這樣就完成了最大爆發(fā)壓力的加載。3）銷座內(nèi)孔上表面約束點擊 mainmenu – solution – define loads –apply –structural displacement – on nodes 出現(xiàn)apply U,ROT on nodes 對話框，點pick all,在出現(xiàn)的對話框中的DOFs to be constrained 中選擇ux,點擊OK，這樣就限制了銷座內(nèi)孔上表面上的所有節(jié) 點的徑向位移。[8]由于建模時采用的是mm的長度單位，所以將模型導(dǎo)入ANSYS后，采用kgmms的協(xié)調(diào)單位制，與計算有關(guān)的物理量單位如下： 密度ρ：kg/mm3,加速度a；mm/s2,力f：mN,壓強p、應(yīng)力和彈性模量E均為：Kpa。 由于要選擇的面是為兩曲面的各一部分，無法直接加載，因此將約束加在對應(yīng)面位置的相應(yīng)節(jié)點上。附近[7]，連桿傳給活塞的力只偏離y軸2176。一般來講，單元劃分越細，計算精度就越高。ANSYS軟件是一個非常成功的通用有限元分析軟件，它融合了結(jié)構(gòu)流體、電場、磁場、聲場、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域及靜力學(xué)、動力學(xué)及邊界耦合問題分析于一體，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS公司開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件（如Pro/ENGINEER、NUSTRAN、IDEAS、AutoCAD）及機械仿真軟件（如ADAMS）接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是現(xiàn)在的設(shè)計中的高級CAE工具之一。工程實踐中的許多問題用單純的數(shù)學(xué)理論是無法解決的，實際中普遍存在的形狀復(fù)雜，邊界條件及載荷條件也復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題，單純使用經(jīng)典力學(xué)知識而不利用有限元法，計算分析起來會有困難。其大小可按下列公式估算： (39) 式中； B —— 考慮燃燒室形狀影響的系數(shù)，對平頂活塞B=，對深坑形燃燒室活塞 B=1；高速柴油機的H2/~，即 ：H2==上、下裙長應(yīng)有恰當(dāng)?shù)谋壤先归L度H4過小，易產(chǎn)生尖峰負荷造成活塞拉毛及擦傷。用一道鋼片組合油環(huán)可替代二道開槽油環(huán)。高速柴油機鋁活塞h/~，取h/D=，即h==14mm。Vk/Vc要盡可能大，一般Vk/Vc=~。）三種。[3] 圖5燃燒室尺寸針對原S195柴油機分隔式燃燒室改為直噴式燃燒室的情況，將燃燒室形狀改為能適應(yīng)噴油形狀的ω形燃燒室。本文所要分析的活塞的材料為ZL109共晶硅鋁合金，在常溫下，彈性模量為E= 1010 Pa，泊松比μ=，密度ρ=2 700 kg/m3，材料的許用應(yīng)力為σb=260 M Pa。鋁基復(fù)合材料的性能已達到使用的最好材料Niresist，鑄鐵的水平，而制成活塞和活塞環(huán)后質(zhì)量大大減輕，與普通鋁合金材料相比其高溫強度和抗熱疲勞性能明顯提高，并具有較低的線膨脹系數(shù)。其主要優(yōu)點是質(zhì)量輕且導(dǎo)熱性能好。在氣體壓力、往復(fù)慣性力等周期性載荷作用下，活塞產(chǎn)生很大的機械變形和機械應(yīng)力。)Pcx1008060402010Pz7．847Pbx20406080100 其中最高爆發(fā)壓力Pz一般出現(xiàn)在上止點后7176。(1) 沖程數(shù) Z=4(2) 氣缸直徑 D= m(3) 活塞行程 S= m(4) 額定功率 Ne= kW(5) 額定轉(zhuǎn)速 n=2000 r/min(6) 平均有效壓力 Pe=(7) 活塞平均速度 Cm= m/s(8) 大氣壓力 P0=(9) 大氣溫度 T0=293 k(10) 柴油低熱值 Hu=43995 kJ/kg根據(jù)本機特點及柴油機一般參考資料選取參數(shù)如下：(1) 壓縮比 ε=17(2) 剩余廢氣系數(shù) γr=(3) 缸內(nèi)廢氣溫度 Tr=1000 k(4) 進氣溫度 Ts=T0=293 k(5) 排氣溫度 Tt=600 k(6) 進氣壓力 pT0= Mp(7) 空氣進入氣缸后的溫升 △ta=12 k(8) Z點熱利用率 ξz=(9) b點熱利用系數(shù) ξb=(10) 豐滿系數(shù) ηf=(11)
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