发动机活塞温度场、热应力与热变形仿真分析

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柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析谢琰;席明智;刘晓丽【摘要】对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度.用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形.计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2012(018)003【总页数】8页(P5-11,16)【关键词】柴油机;活塞;有限元分析;温度场;热应力【作者】谢琰;席明智;刘晓丽【作者单位】长安汽车动力研究院,重庆400021;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,呼和浩特014010;渤海船舶职业技术学院,葫芦岛市125000【正文语种】中文活塞作为内燃机的关键零部件之一，其结构复杂，在工作过程中受到高温燃气的冲击，承受很高的热负荷。

这使得活塞头部乃至整个活塞温度都很高，且分布不均匀，不同部位温度梯度大，并且产生很大的热应力和热变形，由此导致活塞运行过程中出现拉缸、胶结、抱死，以至于活塞顶面开裂，直接影响到柴油机的性能，燃烧室的温度分布也影响到柴油机HC排放[1,2]。

由于热应力是活塞总应力的主要来源，热膨胀变形在活塞总变形中占绝对主导地位，而机械负荷的作用仅使活塞边缘向内弯曲、抵消边缘向外的热膨胀变形，其贡献很小[3]。

因此，本文对活塞的热负荷进行研究，暂不考虑机械负荷的影响。

为了考察改进后的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧室活塞的热负荷状况，对其进行了温度场试验，实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的工作温度。

利用Pro/E软件建立了活塞的实体模型，通过Ansys软件进行了活塞温度场的三维数值模拟计算分析。

天然气发动机活塞温度场仿真计算与测试分析

天然气发动机活塞温度场仿真计算与测试分析何永生;吴宇波【摘要】借助ANSYS有限元分析软件对新开发的天然气发动机的活塞进行额定工况点的温度场仿真计算,得到活塞此工况点的温度场分布和疲劳安全系数.同时利用硬度塞法对活塞在整个工作过程中的温度场进行测试分析,验证仿真计算结果的可靠性.仿真计算结果表明,活塞最高温度为316.4℃,位于燃烧室顶部,疲劳安全系数大于1.设计的活塞满足天然气发动机的工作要求.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2017(023)004【总页数】4页(P5-8)【关键词】气体发动机;活塞;温度场;仿真计算;测试【作者】何永生;吴宇波【作者单位】龙口龙泵燃油喷射有限公司,龙口265701;上海柴油机股份有限公司,上海200438【正文语种】中文活塞是内燃机的一个重要零件。

由于活塞结构复杂、工作条件恶劣，其可靠性对保证发动机性能而言至关重要。

天然气发动机以其利用清洁能源，有利于节能减排的优势正在悄然兴起。

随着天然气发动机应用的逐步普及，天然气发动机所暴露的问题也逐渐增多，特别是活塞。

其与高温高压燃气直接接触，承受较大的热负荷，易产生开裂、烧蚀等问题。

本分析从研究活塞温度场的角度出发，利用有限元仿真软件，对天然气发动机活塞在工作状态下的温度场分布和疲劳安全系数进行仿真计算，并通过活塞温度场测量试验来验证有限元仿真计算的可靠性，为天然气发动机活塞的设计提供相关指导。

2.1 活塞3维建模及网格划分在有限元分析之前，对仿真对象进行建模和网格划分。

研究的活塞带敞口型燃烧室。

根据活塞的CAD设计图纸，利用Pro/E建立了活塞的全尺寸3维模型，如图1所示。

考虑到活塞对称性，取活塞、活塞销和连杆小头的1/2模型作为有限元分析模型，划分有限元网格。

活塞有限元网格如图2所示，活塞有限元网格信息见表1。

为了使仿真结果更加精确，可根据情况调整网格结构，并对必要部位进行适当修正。

2.2 活塞材料及边界条件活塞材料为BH122A（牌号），其主要物理机械性能见表2。

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析柴油机是一种集高效、经济、环保和实用性特性于一身的发动机。

在柴油机的设计过程中，温度场是一个重要的因素，它主要决定了柴油机的效率和寿命的长短。

因此，对柴油机活塞温度场的研究已成为一项重要的研究课题。

本文将从热传导的角度出发，结合实验和有限元分析的方法，对柴油机活塞温度场的研究进行详细的介绍。

首先，从实验方面来讨论柴油机活塞温度场。

首先，在柴油机活塞温度场实验中，使用了采用温度传感器组成的测温系统来进行温度场的实测。

该测温系统由温度传感器、电子枪、计算机硬件、软件及测温记录仪组成。

数据采集和采样是在计算机平台上完成的，以得到温度场的实时实测值，最后可以得到温度场的2D或3D图形，便于分析温度场的分布状态。

其次，针对柴油机活塞温度场的实验，研究者可以使用有限元方法来优化柴油机的热传导性能。

有限元方法的基本原理是，将机械结构分割成若干小的有限元单元，并分析各单元的热传导系数，最终确定柴油机活塞温度场的总体特性。

本文采用ANSYS仿真软件作为有限元分析工具，并将热传导方程式建模成有限元，分别计算柴油机活塞中温度场的时空特性，取得其动态温度场的实时模拟值，以深入分析温度场的时变特性。

最后，根据实验和有限元分析的结果，可以得出柴油机活塞温度场分布图，并可以将它与柴油机实际操作中的温度场进行对比，以指导该柴油机的设计优化。

在柴油机活塞温度场研究中，以上针对实验与有限元分析的结合研究，可以更好地理解柴油机活塞温度场的变化规律，最终更好地保证柴油机的发动机性能与寿命的长期可靠性。

总之，柴油机活塞温度场的研究是十分重要的，可以从实验与有限元分析的结合研究方面，更加深入地理解柴油机活塞温度场的变化规律，从而更好地保证柴油机的发动机性能与寿命的长期可靠性。

随着动力技术的发展，柴油机活塞温度场研究将越来越受到研究者们的关注。

研究者们可以继续探索不同燃烧方式下柴油机活塞温度场的变化特性，以指导柴油机的研制与设计。

活塞热分析

活塞热分析活塞是内燃机中的重要零部件，工作过程中承受周期性的强烈热负荷作用，工作条件极其恶劣，其性能的好坏直接影响整机的性能。

在正常工况下，活塞一般能够保持较为良好的工作状态，但在特殊工况下，如冷却不良、超负荷运转等，则会出现局部温度过高的现象，实践证明，活塞长时间在超负荷高温下运行，首先会引起材料强度降低，而材料强度的降低则意味着机件在长期工作中会出现永久变形、断裂以至局部发生烧伤，进而导致整机的故障，大大影响了整机的可靠性、耐久性。

近几年来，随着内燃机在强化程度和热负荷水平上的大幅度提高，由于特殊工况，而导致的热负荷问题更加突出。

如何正确模拟内燃机的特殊工况，准确计算活塞的温度场是解决这个问题的关键。

目前复杂零部件热负荷分析中，大多采用有限元分析方法。

由于活塞结构及边界条件复杂，所以在有限元计算中，任何参数的改变均会带来不必要的重复工作。

以COSMOS/ M 有限元程序语言为基础，编制了活塞参数化有限元计算程序，并运用Delphi 语言编制了相应的数据接口，通过输入参数值的变化来模拟冷却不良及超负荷运转等特殊工况，进而对活塞的温度场和热变形进行计算分析，大大提高了多工况下活塞热负荷分析的效率，为活塞的多工况热负荷故障仿真提供了一种高效的分析方法。

1 基于活塞热负荷的参数化三维有限元计算程序1. 1 参数化有限元模型有限元分析软件在绘图、运算命令中引入参数，通过参数实现与外界程序、数据库的有效连接，扩展了有限元计算程序的应用范围，使其具有更强的可扩充性，为建立专业有限元参数化分析模型提供了操作平台，成为复杂零部件优化设计分析的有力工具。

参数化有限元程序语言主要由参数定义赋值语句、数学运算操作语句、程序流程控制语句、参数化绘图语句、物性参数设置语句、边界条件设置语句、分析设置及执行语句组成。

运用参数化有限元模型不仅能对具体尺寸的复杂零部件进行数值分析，而且可以通过参数接口对某一结构类型的零部件模型进行变参数的数值计算。

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
随着柴油机技术的发展，薄膜强度、尺寸精度、耐热性是柴油机活塞的关键技术。

活
塞的尺寸太大或太厚，会大大降低发动机性能；反之，活塞太薄和太小，活塞很容易损坏。

因此，对柴油机活塞的温度场的研究是提高柴油机效率的重要工作之一。

传统试验方法受制于仪器和材料的限制，往往无法准确地反映内部结构的温度场，因
此建立一种基于有限元分析的研究方法变得尤为重要。

本文提出了基于有限元分析的温度
场研究方法，将柴油机活塞温度场试验与有限元分析相结合，以研究不同参数和模型的温
度分布和温度场变化趋势。

本文首先给出了柴油机活塞的图示和几何尺寸，接着给出了活塞的实际试验参数，包括：外圈直径、内圈直径，等径椭圆孔的长短轴长度均等；活塞的材料为超级钢；同时设
定加热方式，用燃烧于环境的方式代替实际目标发动机实际运行情况来模拟。

进一步，本
文利用有限元分析方法仿真活塞温度场，根据参数计算出温度场不同元件分布的各部分值。

最后，本文通过对实验结果进行讨论，对柴油机活塞的温度场变化进行分析，发现活
塞的各个部分的温度分布和温度场变化趋势，以供今后参考。

经过本文的实验研究，不仅说明了有限元分析在模拟柴油机活塞温度场变化方面具有
良好的效果，还为今后柴油机活塞优化设计提供了重要的研究参考意义。

将有限元热分析
和实验室试验相结合，加深了活塞温度场研究的深度和广度，也提供了一种新的方法来研
究活塞的热性能及内部温度场的变化，为今后的试验提供参考。

机械温度场分析及热应力的评估

机械温度场分析及热应力的评估概述机械温度场分析及热应力的评估是工程领域中重要的一项研究内容。

随着现代科技的快速发展，工程结构的尺寸越来越小，工作温度也越来越高，机械温度场分析和热应力的评估成为保证结构安全和可靠性的重要环节。

本文将从理论模型、数值模拟以及实验测试等角度，探讨机械温度场分析及热应力的评估方法和应用。

一、理论模型的建立机械温度场分析通常需要建立一定的理论模型。

理论模型依据热传导理论，考虑材料的热导率、热扩散系数等参数，利用热传导方程求解结构在不同温度加载下的温度场。

根据材料的热应力-应变关系，可以进一步计算出结构在温度变化过程中的热应力分布。

在建立理论模型时需要考虑多种因素，例如材料参数的准确性、结构尺寸的影响、温度场的非线性效应等。

理论模型的准确性决定了后续数值模拟和实验测试的可靠性，因此在建立模型时需要进行充分的论证和验证。

二、数值模拟的应用数值模拟是机械温度场分析中常用的方法之一。

通过建立结构的有限元模型，利用有限元软件对结构进行热分析，可以得到结构在不同温度场下的应力分布和变形情况。

数值模拟方法可以处理复杂的结构和边界条件，为结构设计和改进提供了有力的支持。

在进行数值模拟时，需要对模型进行网格划分、边界条件的设定、材料参数的输入等。

同时，还需进行数值模拟结果的验证。

与实验测试相比，虽然数值模拟能够快速得到结果，但存在一定的误差。

因此，在使用数值模拟进行机械温度场分析时，需要进行误差分析和结果验证，以提高模拟结果的准确性。

三、实验测试的实施实验测试是机械温度场分析的重要手段之一。

通过实验测试可以直接获得结构的温度场、应力分布、变形情况等数据。

实验测试方法多种多样，例如红外测温、应变片测试等。

不同的实验方法适用于不同的材料和结构，需要根据具体情况选择合适的测试方法。

实验测试的优势在于提供准确的数据，可以直接对结构进行观测和测量。

然而，实验测试也存在一些局限性，例如测试时间和成本较高、难以处理复杂边界条件等。

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析柴油机是一种重要的内燃机，其工作时在活塞上产生的温度场是影响其运行性能的重要因素。

因此了解柴油机活塞温度场及其温度分布对提高柴油机性能具有重要意义。

近年来，在研究该活塞温度场领域，越来越多的实验技术和数值分析方法相结合。

本文将介绍一种全新的柴油机活塞温度场实验研究方法，并结合有限元热分析方法进行模拟分析，以期获得更加准确的数据。

首先，本文介绍柴油机活塞温度场实验研究方法，该方法可通过一具柴油机发动机的拆卸重新安装、采用特殊的热湿度测量仪和优化安装位置测量活塞表面温度，从而实现对柴油机活塞温度场分布的研究。

通过重新安装发动机，采用热湿度测量仪和优化安装位置测量活塞表面温度，可以在不影响发动机正常运行的情况下，通过监测柴油机活塞表面的温度变化，详细研究出柴油机分块工作过程中活塞温度分布及其变化规律，从而对有效的提高柴油机性能具有重要的意义。

其次，本文将介绍有限元热分析方法，这是一种有效的数值方法，可用于研究柴油机活塞表面温度场分布及其变化规律。

该分析方法主要针对柴油机微细结构，可以准确捕捉柴油机活塞温度分布，并可进一步预测活塞表面温度分布、高温部分温度与时间的变化规律。

在此基础上，准确分析柴油机表面温度场，可以有效减少柴油机热损耗，提高柴油机效率。

最后，本文指出，柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析方法是有效提高柴油机性能的重要手段，它不仅可以准确捕捉柴油机活塞温度分布，同时可以针对柴油机活塞表面温度场分布及其变化规律，采取有效措施提升柴油机性能。

如此，可有效保证柴油机正常工作。

综上，柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析方法是一种有效的提高柴油机性能的重要方法，且广泛应用于柴油机的技术研究与改进中，具有重要的现实意义。

以上就是本文关于柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析的全部内容，其研究方法和数值分析方法可以有效获得更准确的数据，从而准确研究柴油机活塞温度场分布及其变化，可有效提升柴油机性能，实现柴油机正常工作，从而具有重要的现实意义。

论文-活塞热应力分析

活塞热应力分析富奥汽车零部件股份有限公司张洪宝吉林长春 130033摘要：许多实际工作中，由于温度的影响而是结构产生国大的热应力，因而产生破坏性效果时有发生。

分析由温度引起的应力（热应力）有十分重要的意义。

空压机活塞在工作中也能达到较高的温度，活塞破坏时有发生，通过有限元分析来模拟空压机活塞在工作中由于热应力引起的变形破坏等，为以后产品的优化设计提供有力依据。

关键词：空压机活塞热应力破坏前言：空压机是汽车小总成中比较重要的部分之一，空压机的核心部分—-活塞更是重中之重，其性能好坏直接影响到空压机的整体性能，对其影响最大的是热应力与冲击。

但是实际上两个方面是相互影响和耦合的。

在大多数情况下，传热问题所确定的温度场将直接影响物体的热应力，而后者对前者的耦合影响不大。

因而可将物体的热问题看成是单向耦合过程。

通过有限元分析来模拟空压机活塞在工作中由于热应力引起的变形破坏等，更重要的是可以得到空压机活塞由于热应力引起的变形。

为以后优化设计提供参考依据。

分析内容变形应力云图，热流密度（热通量），温度分布，内能变化曲线。

特定路上的分析结果。

CAD模型热应力分析定义●传热单元（Couple Temperature－Displacement）CAX4T。

在HyperMesh中建立普通网格后在Abaqus中转换即可。

●材料密度（Density ）●弹性模量（Modulus of elasticity ）●泊松比（Poisson…s ratio ）●热传导系数（Thenmal conductivity）●比热容（Specific Heat）●膜系数（film coefficient ）●预定义场（predefined field）●热膨胀系数（Thermal Expansion Coefficient）1）热膨胀系数是指物质在热胀冷缩效应作用之下，几何特性随着温度的变化而发生变化的规律性系数热膨胀量为2）膜系数（转换公式）对流换热Q＝S0K0△tm△tm＝(T1-T2)/ln（△t1/△t2）3）预定义场即为初场，计算刚开始时各部件的温度场定义为20 °C计算结果1.热应力2.节点温度分布3.应变4。

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速率区。
条件下，最大功率耗散率为３９．２８％。热变形组织 Байду номын сангаас的实际观察结果与热加工图的理论计算结果相吻
合，表明基于ＤＭＭ模型的热加工图用于分析预测材料的失稳区、最佳加工区是可靠的，可实现
对热加工工艺参数的优化。
２）常规综合熔体处理的３００３铝合金热变形
参考文献：
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图９和图１０中的热变形组织的实际观察结果与热加工图的理论计算结果相吻合。
３结论
１）常规综合熔体处理的３００３铝合金的在低温低应变速率、低温高应变速率时出现最低功率耗散率；最大功率耗散率位于中高温、中高应变
［７】ＦＵＧａｏｓｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＷｅｎｚｈｅ．ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＦｌｏｗＳｒｔｅｓｓｏｆＡｌｕｍｉｎｍｕＳｈｅｅｔＵｓｅｄｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｎｄｕｒｉｎｇＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｔ
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第１期
程超增等：常规综合熔体处理的３００３铝合金热变形加工图
ｌ１７
但晶粒已呈现出明显的长大且具有被拉长的趋
势。
加工图，在低温、高应变速率区均出现加工失稳现象，热变形加工时应尽量避免此区域。３）常规综合熔体处理的３００３铝合金的最佳加工区域出现在中高温、中高应变速率的热变形
［３】ＦＵＧａｏｓｈｅｎｇ，ＱＩＡＮＫｕａｎｇＷｕ，ＣＨＥＮＷｅｎｚｈｅ．ＦｅａｔｕｒｅｏｆｌｆｏｗｓｔｒｅｓｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｓｈｅｅｔｕｓｅｄｆｏｒＣａｌｌｄｕｒｉｎｇｈｏｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ．Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ．Ｍｅｔ．ＳｏｃＣｈｉｎａ，２０００，１０（５）：６７１・６７４．