R6160船用柴油机活塞连杆组设计与分析

[22]，活塞换热边界条件如表5-1所示。

表5-1活塞换热边界条件边界区域名称对流换热系数/（W·m-2·K-1）环境温度/℃边界区域名称对流换热系数/（W·m-2·K-1）环境温度/℃活塞顶300190油环槽上沿500120火力岸250170油环槽内侧300120气环槽上沿450150油环槽下沿800120气环槽内侧1200150活塞裙部550100气环槽下沿600150内腔上部450115环岸400150内腔下部5501005.4活塞温度场仿真结果与分析在ABAQUS软件中，根据活塞有限元网格模型和换热边界条件进行求解计算，得到活塞的温度云图。由图5-2可知，活塞最高温度为368℃，出现在燃烧室的喉口位置，活塞顶部和火力岸部分为高温集中区域，活塞环槽温度最高为215℃，第一道环上部温度最高为250℃，活塞温度从上至下逐渐降低。在设计时，活塞顶部最高温度不允许高于400℃，环槽温度不允许高于230℃，本次设计满足要求。5.5活塞热应力仿真结果与分析结合活塞换热边界条件，使用ABAQUS软件对活塞热应力进行求解，其Mises应力分析结果见图5-3。根据图5-3可知，活塞最大热应力为222MPa，位于活塞内腔上部，对应活塞顶最薄位置。同时第3~4道环槽底部存在较大的热应力，其值约为92.9MPa。活塞内腔采用喷油冷却形式，温度较低，而燃烧室底部与第3、4道环槽本身温度较高，又和内腔之间距离较近，故局部温度梯度过大，这是本次设计活塞热应力集中的主要原因。局部温差在50~100℃之间，该值在材料设计允许范围内。图5-2活塞温度云图图5-3活塞热应力云图5.6活塞优化设计方案综合仿真分析结果可见，活塞燃烧室喉口温度稍高，在设计时可以考虑加大燃烧室侧面与活塞顶部夹角，从而减少在燃烧室喉口部位的热积累。同时，这样的设计可以进一步优化活塞的热流通路，增加从活塞顶部到裙部的传热截面，从而将头部热流迅速传出，实现活塞头部温度的降低。为降低第一道环槽的温度，保证气环工作可靠，可以适当加大顶岸的高度，使第一道环远离高温区域。还可以在活塞内部合理布置冷却油腔，达到有效隔断热流的目的，从而提高第一道环的冷却效果。考虑到活塞内腔顶部的热应力集中现象，在保证活塞质量不会过重的前提下，可以适当增加活塞顶厚度，增加燃烧室低部与内腔之间的距离，使温度变化更为缓和。同时，考虑到第3~4道环槽底部也存在热应力集中，在设计时需要对镶环座提出额外要求，镶环座要求使用热膨胀系数与铝合金相近的材料，以避免环座在运行时，由于热膨胀系数不同，导致热应力过高，继而发生龟裂、剥落情况。6结论根据6160船用柴油机基本参数设计活塞组的基本尺寸，并利用ABAQUS软件研究其活塞的温度场和热应力，得到如下结论：1）活塞温度场的整体分布清晰可见，从活塞头部到裙部，温度呈下降趋势，活塞中温度最高（368℃）的区域在燃烧室喉口位置附近。2）活塞头部的最大应力大小为222MPa，活塞第3~4道环槽底部也出现了较大应力值，其大小为92.9MPa，但未超过所选材料的强度极限。3）活塞热应力由温差所致，设计时可结合温度场提出优化方案。

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致谢回顾完成毕设的这段时间，乃至整个大学生涯，深感收获满满。首先感谢我的父母，他们在精神还是物质上都极尽全力去满足我的需求，在二十三年光阴中一直坚定不移的支持我鼓励我。由于自己的能力欠佳，在学习与生