内燃机活塞有限元分析

luodayou5560

内燃机活塞工作环境恶劣,不仅承受燃烧气体爆发压力、活塞组件的惯性力、缸壁的反作用力，而且还承受气体燃烧所释放出的热量，因此，结构复杂。而国内活塞供应商对活塞的有限元分析还处于较低水平，目前，活塞的设计与分析还受制于国外企业。为了共同提高国内活塞的分析能力，特写此帖。
首先，讨论为什么有限元分析时，多采用四分之一模型？
活塞多为关于与销孔中心垂直的平面对称，但由于减少活塞对缸壁的敲击，销孔向主推力面进行了偏移，又由于进、排气门的安装位置及大小不同，活塞顶面进排气两侧不对称；对于柴油机活塞，由于喷嘴的安装位置不在活塞中心线上且存在一角度，因此，燃烧室也不关于活塞中心线对称。但在活塞的初期有限元分析时，多采用四分之一的对称模型。
四分之一模型的优点：
①计算规模减少．四分之一模型的节点数较之二分之一模型或整体模型明显减少，其矩阵规模大为降低，计算效率明显提高．
②四分之一模型方便约束．活塞、活塞销及连杆小头需协同设计，将活塞与活塞销、活塞销与连杆作为接触对处理，四分之一模型约束活塞-活塞销-连杆组件模型对称面的的法向位移，然后约束连杆杆身远离小头的横截面的法向位移，这里充分利用了两个对称面，而由于不关注连杆受力，仅关注连杆位移（连杆小头与活塞内腔的干涉检查）因此，此约束不影响活塞的受力情况。若用二分之一模型时，则需要增加缸筒，由于缸筒刚度较大，多采用刚体处理。此时，活塞外圆与缸筒作为接触对处理，约束对称面法向位移（只有一个对称面）和连杆杆身横截面法向位移，同时约束缸筒参考点所有位移自由度。若采用整体模型，同样需要增加缸筒，其约束同二分之一模型。但活塞已不需要约束任何自由度。
加载各种工况，经计算后，需评价活塞以下项目：
1、活塞销孔的变形，最好不能超过活塞与活塞销的初始间隙的二分之一；
2、活塞顶面结构复杂，比较三个主应力，可以说明其为多轴应力，应根据多轴应力进行判断；
3、活塞其余部分受力状态，同样比较三个主应力，可以看出其第三主应力均远大于其它两个主应力，这此部位受压。应满足受压强度。
欢迎活塞设计分析工作者共同讨论，以共同提高。下次讨论活塞动力学计算。

qqj999

期待着下次讨论活塞动力学计算

xiaoxiong0721

一般需要计算几个循环？活塞疲劳计算时设多长时间？