【摘 要】
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活塞是柴油机最重要的零件之一，其在工作中受到的燃气热载荷、机械载荷会对其结构造成显著影响，活塞顶部及环区会由于高温而发生开裂，销座处会由于机械负荷而产生疲劳破坏。随着
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活塞是柴油机最重要的零件之一，其在工作中受到的燃气热载荷、机械载荷会对其结构造成显著影响，活塞顶部及环区会由于高温而发生开裂，销座处会由于机械负荷而产生疲劳破坏。随着有限元技术的发展，采用计算机模拟可以有效地对活塞在温度场、应力场中的结构强度进行分析，并进行疲劳寿命预测。 本文以某型号柴油机活塞为研究对象，在ANSYS中对其进行了在燃气温度下的温度分布分析及热应力分析，并进行了活塞承受顶部燃气压力及惯性力下的静态及瞬态应力场分析，最后对关键部位进行了疲劳寿命预测。具体内容如下: (1)采用AVL-BOOST对该型号直列四缸柴油机搭建了一维燃烧平台，设定了气缸参数，选择了Vibe燃烧模型及Woschni1978缸内换热模型，得到了柴油机气缸内燃烧温度、缸内压力及瞬时换热系数随着曲轴转角的变化谱。 (2)在ANSYS中建立了活塞的1/2网格模型，采用Seal-Taylor公式及多层壁面传热公式分别对活塞顶部及侧壁面换热系数进行了拟合，运用经验公式计算了内腔换热系数与冷却油腔换热系数，应用第三类传热方法对活塞进行了温度场分析。约束了对称面，得到温度负荷下的活塞热应力变形结果。 (3)建立活塞与活塞销的整体模型，设置销孔与销的标准接触面，分析了活塞在上止点时刻受顶部最大燃气压力与自身惯性力下的机械应力，得出了最大应力部位位置。在多体动力学软件ADAMS中建立了曲柄连杆活塞机构，得到了活塞加速度谱。运用瞬态分析方法，对发动机一个工作周期下活塞所受的交变应力进行隐式计算，得到了活塞组在曲轴转动0°～720°下的应力云图，得到了危险点位置。 (4)在FE-SAFE中对活塞与销的瞬态应力结果进行了平均应力修正，结合E-N曲线对其进行了疲劳寿命预测分析，并讨论了在不同表面粗糙度下的疲劳寿命情况。 综上所述，通过对活塞进行了系统的虚拟仿真试验，得出了比较科学合理的研究结果，对活塞的前期开发设计有一定的指导性意义。
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