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- 航空活塞发动机典型零件的热—固耦合强度有限元分析
- 作者： 王飞 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 活塞 缸盖 有限元分析 热 固耦合 强度
- 描述： 缸盖和活塞是航空活塞发动机中工作条件最严酷的零件。活塞受到燃气爆发压力、往复惯性力、侧推力等作用，使活塞产生应力和变形；缸盖作为发动机燃烧室一部分，要承受燃气压力和螺栓预紧力等，高的机械负荷使缸盖火力面和螺栓等处容易产生裂纹，直接影响到发动机工作可靠性。因此，开展热、机械载荷的共同作用下活塞和缸盖的热-固强度耦合分析就显得十分重要。本文首先分析了某型号航空活塞所受负荷，提出了计算活塞强度所需的热边界条件、机械边界条件。建立了活塞销-活塞、活塞销-连杆、活塞裙部-缸套之间的接触模型，在ANSYS中，利用有限元的方法对活塞与部件接触的整体模型进行温度场、热应力、机械应力、热-固耦合应力以及接触应力分析计算。计算结果表明：活塞的温度场和应力场分布符合发动机实际情况，均在材料的使用范围之内，活塞受到的负荷当中，机械负荷占主导地位；发动机不同工作条件下活塞的温度场变化较大。其次，分析了发动机工作时缸盖受到的负荷，确定分析所需的热边界、机械边界条件。将缸盖和冷却液看成整体，分析了不同环境条件下缸盖的温度分布，随着海拔的增高，缸盖各部分的温度都降低。应用有限元的方法，分析计算了缸盖的机械应力。计算的结果表明，螺栓预紧力主要作用在螺栓孔，爆发压力主要影响缸盖火力面和缸盖与缸体的接触面应力。最后计算了缸盖在热负荷和机械负荷的共同作用下的耦合应力，耦合应力的分布、数值大小与热应力分布一致，在缸盖中，热负荷是缸盖应力产生的主要原因。进行活塞和缸盖热-固耦合有限元的强度计算，可以分析它们的应力分布、应力集中的部位等，为活塞和缸盖结构的改进提供理论依据。