本文關(guān)鍵詞：基于正交分析的活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)熱敏感性研究

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【摘要】：隨著近些年來空氣污染問題和能源危機的日益加重,柴油機行業(yè)一定會向著更節(jié)能、更環(huán)保的方向發(fā)展。作為柴油機的核心部件之一,活塞能否在惡劣工作環(huán)境下正常運行,直接影響著柴油機的動力性、經(jīng)濟性以及可靠性等柴油機的性能指標。活塞在工作時要承受非常高的熱負荷和機械負荷,所以活塞會有很多由此產(chǎn)生的破壞,例如:拉缸、咬缸和活塞環(huán)膠結(jié)等。所以降低活塞關(guān)鍵部位的溫度和應(yīng)力就成為一個非常重要的問題。但是由于活塞受到材料、加工工藝和設(shè)計要求等條件的限制,使得活塞結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計方面的難度非常大。本文對活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)的熱敏感性進行研究,旨在為活塞的抗熱負荷設(shè)計和優(yōu)化提供一定的參考。本論文所進行的主要工作如下:查找相關(guān)文獻,確定了需要研究的對活塞熱負荷影響較大的活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用正交實驗法對所研究的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行方案設(shè)計;分別計算不同活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)正交實驗方案的邊界條件,建立活塞有限元模型,進行溫度場和應(yīng)力場分析;最后利用正交實驗分析方法對活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)正交實驗方案進行分析,得到不同活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)的熱敏感性。通過分析研究可知:活塞內(nèi)冷油腔寬度的變化以及內(nèi)冷油腔位置變化對環(huán)槽部位的溫度場和應(yīng)力場都有較顯著的影響;活塞的頂岸高度對活塞的溫度場和應(yīng)力場都有較顯著的影響;活塞厚度和喉口圓角則對活塞頂部的溫度場和應(yīng)力場有著較為顯著的影響;活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)對活塞各部分的熱敏感性與所研究結(jié)構(gòu)的所在位置有著直接關(guān)系,一般情況下,結(jié)構(gòu)參數(shù)對距此結(jié)構(gòu)距離較小的區(qū)域熱敏感性較大。除此之外,活塞的應(yīng)力場分布主要受熱應(yīng)力分布的影響,活塞在機械載荷的作用下,某些部位的應(yīng)力會有一定程度的增加或減小。通過以上工作,為進一步降低活塞熱負荷、改善應(yīng)力分布提供一定的理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：活塞 熱敏感性 有限元分析 正交實驗法
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 活塞有限元技術(shù)的發(fā)展10-13
• 1.3 活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.1 活塞內(nèi)冷油腔結(jié)構(gòu)參數(shù)研究現(xiàn)狀13
• 1.3.2 活塞頂部和活塞頭部結(jié)構(gòu)參數(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 主要研究內(nèi)容14-15
• 2. 理論基礎(chǔ)15-26
• 2.1 傳熱理論基礎(chǔ)15-19
• 2.1.1 高溫燃氣和活塞的對流換熱15-16
• 2.1.2 燃燒室零件的導(dǎo)熱16-18
• 2.1.3 活塞向冷卻介質(zhì)的傳熱18-19
• 2.2 有限元法原理19-22
• 2.2.1 有限元理論簡介19
• 2.2.2 彈性力學(xué)理論基礎(chǔ)19-22
• 2.3 溫度場問題有限元方法22-23
• 2.3.1 導(dǎo)熱微分方程22
• 2.3.2 邊界條件和初始條件22
• 2.3.3 溫度場求解22-23
• 2.4 正交實驗方法23-26
• 2.4.1 正交實驗的原理23-24
• 2.4.2 正交實驗法數(shù)據(jù)處理分析方法24-26
• 3. 活塞的有限元分析26-41
• 3.1 有限元模型的建立26-27
• 3.2 活塞熱邊界條件的確定27-35
• 3.2.1 活塞頂部和外部高溫燃氣的換熱系數(shù)28-29
• 3.2.2 活塞和冷卻水之間的換熱系數(shù)29-33
• 3.2.3 活塞內(nèi)冷油腔的換熱系數(shù)33
• 3.2.4 活塞內(nèi)腔與油霧的換熱系數(shù)33-34
• 3.2.5 活塞熱邊界條件34-35
• 3.3 活塞溫度場計算及考察點的確定35-37
• 3.3.1 溫度場計算結(jié)果分析35-36
• 3.3.2 活塞溫度場考察點的確定36-37
• 3.4 活塞應(yīng)力場計算及考察點的確定37-39
• 3.4.1 應(yīng)力場計算結(jié)果分析37-39
• 3.4.2 活塞應(yīng)力場考察點的確定39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 4. 活塞內(nèi)冷油腔形狀參數(shù)的熱敏感性41-53
• 4.1 正交實驗方案的設(shè)計41-42
• 4.2 各個方案活塞溫度場的計算結(jié)果及分析42-45
• 4.3 各個方案活塞熱應(yīng)力的計算結(jié)果及分析45-49
• 4.4 各個方案活塞熱機耦合應(yīng)力的計算結(jié)果及分析49-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 5．活塞頭部結(jié)構(gòu)參數(shù)的熱敏感性分析53-71
• 5.1 正交實驗的結(jié)構(gòu)方案53-54
• 5.2 各個方案活塞溫度場的計算結(jié)果及分析54-59
• 5.3 各個方案活塞熱應(yīng)力的計算結(jié)果及分析59-64
• 5.4 各個方案活塞熱機耦合應(yīng)力的計算結(jié)果及分析64-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 6.總結(jié)和展望71-73
• 6.1 全文總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間以發(fā)表的論文及取得的研究成果77-78
• 致謝78-79

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本文編號：985342