基于Proe的活塞有限元分析实例

阅百家科技 过程说明

在stru选中下，点击运行，几分钟后计算结束

5.结果查看及分析

在stru选中下，点击结果查看

弹出的对话框中选择应力，确定并显示

阅百家科技 过程说明

图1力边界条件下活塞应力云图（单位MPa）

由图可以看出, 活塞受到气体的爆发压力和往复惯性力的作用, 它们的共同特点就是都沿着活塞的轴线方向作用, 所以活塞的轴线方向承受着极大的载荷。由于活塞在上止点附近向下运动时活塞销会出现弯曲变形,使活塞销座出现异形变形, 而销座上端的较大刚度阻止活塞销座的形变, 从而导致了活塞销孔的上端出现了应力的集中。在活塞的销座得出的最大应力为198.1MPa 左右,已超过活塞材料在常温下的最大许用应力195MPa。而活塞的其他部位应力值都在许用应力195MPa以下。另外, 活塞加强筋与活塞顶部相连的部位也会出现应力集中的情况, 但其应力值约为185MPa。

阅百家科技 过程说明

在结果查看界面进行复制，来查看变形云图

图2力边界条件下活塞变形云图（单位mm）

阅百家科技 过程说明

模拟计算出柴油机活塞的整体变形分布情况如图所示。活塞变形中最大值为0.0485mm，位于受活塞两侧的活塞裙部的下部边缘，活塞的整体变形是以活塞销孔为变形最小的区域，不断向四周扩散，变形量也逐渐增加。活塞顶部及燃烧室变形量大概在0.038mm到0.012mm之间，相对来言顶部比燃烧室底部变形大。活塞环岸及裙部区域的变形大概在0.03mm到0.0015mm之间。

在活塞单独机械负荷作用下，由于加入了燃气压力，活塞裙部、活塞销座等区域应力值大大增加。而活塞裙部下侧处的刚度非常低，因此出现较大变形。考虑原因可能是活塞的顶部在沿活塞销孔轴向发生弯曲，这样会使裙部稍有向外增大的趋势，再者活塞在高温下本身就会膨胀，所以活塞的裙部变形会比较大。

二、热分析

1.概述

活塞热边界条件的确定通常采用第三类边界条件，即给定边界的外围介质温度和换热系数。主要包括活塞各边界与燃气、冷却水、冷却油、曲轴箱内油雾以及自由环境之间的换热系数和相应温度。

活塞顶部换热系数及燃气平均温度利用AVL 公司的BOOST 软件对发动机缸内工作过程进行仿真计算，得到发动机在标定工况下的缸内燃气温度及其对流换热系数。下图所示: 活塞顶面燃气温度高达1900 K，燃气平均温度为900～1000 K，对流换热系数平均为500～600W/(m2·K)。

活塞侧面换热系数和环境温度活塞侧面的热量通过气缸套间接传给冷却水，其换热系数按式( 1) 计算，以冷却水温度作为环境温度。