1、分析目的

活塞式通航發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞屬于高溫部件，在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中活塞的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力是必須要進(jìn)行的分析項(xiàng)目。本案例是由于某型通航發(fā)動(dòng)機(jī)為實(shí)現(xiàn)壓縮比增加而須對(duì)其活塞進(jìn)行熱校核的簡(jiǎn)要分析。

2、模型說(shuō)明

活塞如圖1所示，其材料為BH122A，材料材料如表1所示。

圖1 活塞的三維模型

表1 BH122A材料屬性

3、溫度場(chǎng)分析

欲得到活塞的溫度場(chǎng)，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復(fù)雜，活塞頂部與高溫燃?xì)庵苯咏佑|，裙部與缸套接觸，而底部還有潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻。所以，如果要得到活塞準(zhǔn)確的換熱邊界，往往需先進(jìn)行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動(dòng)力學(xué)分析等一系列分析項(xiàng)目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)值，具體取值如表2所示：

分析計(jì)算采用了SimSolid軟件，在SimSolid中施加的活塞熱邊界如圖2所示。得益于SimSolid軟件的無(wú)網(wǎng)格技術(shù)，在SimSolid中設(shè)置好材料和熱邊界（其中絕熱邊界在軟件中設(shè)置為熱流為0W/m²）后即能計(jì)算，并快速得出結(jié)果，得到的活塞溫度場(chǎng)分析結(jié)果如圖3所示。最大溫度為352.5℃，未超過(guò)材料許用溫度值。

圖2 在SimSolid軟件施加熱邊界                   

圖3 活塞的溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

3、熱應(yīng)力分析

在SimSolid軟件添加一個(gè)結(jié)構(gòu)線(xiàn)性分析，并將溫度場(chǎng)分析結(jié)果加載到活塞上，將活塞銷(xiāo)孔進(jìn)行約束后進(jìn)行計(jì)算，得到熱應(yīng)力分析結(jié)果如圖4所示。最大應(yīng)力為23.35MPa，且位于銷(xiāo)孔內(nèi)，說(shuō)明最大應(yīng)力并非來(lái)自熱應(yīng)力，而是因約束引起的應(yīng)力。

圖4 活塞的熱應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4、總結(jié)

（1）、由于活塞的熱邊界來(lái)自經(jīng)驗(yàn)值，并非經(jīng)過(guò)CFD仿真分析后所得，所以溫度和應(yīng)力的分析結(jié)果有待進(jìn)一步核實(shí)、修正。

（2）、SimSolid軟件一款比較有開(kāi)創(chuàng)性的結(jié)構(gòu)分析軟件，相對(duì)于ABAQUS等分析軟件，其最大優(yōu)勢(shì)即在于無(wú)需劃分網(wǎng)格，從而大大減少了建模時(shí)間，使得未曾深入學(xué)習(xí)有限元分析理論的設(shè)計(jì)工程師也能快速掌握使用。但由于該軟件剛面世不久，其功能和易用性還有待優(yōu)化，比如表面的選擇上可增加更多選擇方式、比如軟件還未有絕熱邊界、未有邊界的映射功能等等。但相信不久的將來(lái)，在Altair公司的帶領(lǐng)下，SimSolid將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越易用。

某通航發(fā)動(dòng)機(jī)活塞溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力的初分析.docx

模型文件：

piston.rar