【摘 要】
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活塞作为内燃机中的重要零部件,其工作中承受着周期交变的气体压力和热载荷,另外它还伴随着往复惯性力、摩擦力及扭转力等,因此长时间的运转,很容易使其出现材料强度降低、局
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活塞作为内燃机中的重要零部件,其工作中承受着周期交变的气体压力和热载荷,另外它还伴随着往复惯性力、摩擦力及扭转力等,因此长时间的运转,很容易使其出现材料强度降低、局部永久性变形和烧焦结碳等危险情况,进而可能促使整机停止运转,另外在活塞组的一些接触部位,例如活塞和活塞销的接触部位、活塞销和活塞连杆的接触部位,其由于受活塞交变的机械应力作用会出现应力集中和疲劳失效的现象。因此考虑到这些情况,对活塞的设计要求就显得很高。可以通过活塞结构的优化设计来提高其使用寿命、疲劳可靠性、经济性等性能指标,因此对活塞进行结构分析与优化设计具有很重要的意义。本文针对船用QT300活塞,利用ANSYS软件对活塞进行了有限元分析计算,得出了其温度场的变化及机械载荷下应力集中情况,并在此基础上对活塞结构进行了优化设计,本文所做的具体工作有如下几个方面：(1)利用Pro/E软件进行活塞模型建立,并利用有限元分析软件(?)NSYS进行了活塞的温度场、机械载荷下应力与变形等分析计算,从而得出活塞各部位的温度分布情况及机械载荷下应力集中现象。(2)根据有限元分析结果,通过当前使用比较广泛的遗传算法来对活塞销座与活塞销进行了优化设计,并且运用惩罚函数法对优化结果进行了局部搜索,最后利用活塞销孔的异形设计对活塞销孔进行了结构处理。通过优化设计操作使得活塞销孔上端的应力集中现象得到了明显的改善。(3)通过对活塞头部的二维参数化建模,并利用ANSYS软件中的优化设计模块对活塞头部进行了热载荷作用下的优化设计,对活塞头部的一些尺寸进行了改进,从而减少了由于温差所产生的热应力对活塞的影响,进而提高了活塞的可靠性,且通过ANSYS软件中的可靠性分析模块进行了分析验证。
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