● 摘要
活塞组承受很高的热负荷和机械负荷,这些负荷所产生的综合应力影响了它的使用寿命,其可能导致的咬缸、拉缸、结焦等故障极大地危害了发动机的耐久性和可靠性。因此,必须在研发阶段分析活塞的应力变形情况。本文采用三维有限元方法,对内燃机活塞组耦合模型进行机械负荷与热负荷数值模拟,并成功地将拓扑优化方法应用到活塞的结构设计中。具体内容和结论如下:1. 以某曲杆框架式活塞为研究对象,采用活塞组-缸套-连杆耦合模型进行了机械负荷分析,得到活塞的应力变形情况。2. 分析了曲杆框架式活塞的温度场,并分析了机械负荷和热负荷综合作用下的应力变形情况。3. 以曲杆框架式活塞为原型,对活塞顶部、活塞销座与头部连接部分、活塞销座与裙部连接部分进行拓扑优化。4. 识别拓扑优化结果,对活塞模型进行优化设计。5. 分析优化后活塞的应力变形情况,在满足设计要求的前提下,减轻活塞重量14.3%。6. 最后对整个研究过程中所遇到的问题和收获做出总结并对今后的工作做出了展望。
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