技術鄰用戶：炫炫

 1、分析目的

    活塞式通航發動機的活塞屬于高溫部件，在發動機開發過程中活塞的溫度場和熱應力是必須要進行的分析項目。本案例是由于某型通航發動機為實現壓縮比增加而須對其活塞進行熱校核的簡要分析。

 2、模型說明

    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、溫度場分析

    欲得到活塞的溫度場，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雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。所以，如果要得到活塞準確的換熱邊界，往往需先進行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動力學分析等一系列分析項目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發動機的經驗值，具體取值如表2所示：

                                                                           表2 邊界條件

位置	熱邊界條件
活塞頂部燃氣換熱邊界	環境溫度為420℃，換熱系數為500W/(m2.℃)
所有活塞環槽上下面換熱邊界	環境溫度為173℃，換熱系數為11W/(m2.℃)
所有環岸外側面	環境溫度為140℃，換熱系數為2.4W/(m2.℃)
所有環槽內側面	絕熱邊界
活塞底部冷卻換熱邊界	環境溫度為420℃，換熱系數為500W/(m2.℃)
活塞裙部、活塞銷孔換熱邊界	熱流為20000W/m2

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

  

                                                                           圖2 在SimSolid軟件施加熱邊界 

                                                                           圖3 活塞的溫度場計算結果

  3、熱應力分析

    在SimSolid軟件添加一個結構線性分析，并將溫度場分析結果加載到活塞上，將活塞銷孔進行約束后進行計算，得到熱應力分析結果如圖4所示。最大應力為23.35MPa，且位于銷孔內，說明最大應力并非來自熱應力，而是因約束引起的應力。

                                                                           圖4 活塞的熱應力計算結果

      4、總結

    （1）、由于活塞的熱邊界來自經驗值，并非經過CFD仿真分析后所得，所以溫度和應力的分析結果有待進一步核實、修正。

    （2）、SimSolid軟件一款比較有開創性的結構分析軟件，相對于ABAQUS等分析軟件，其最大優勢即在于無需劃分網格，從而大大減少了建模時間，使得未曾深入學習有限元分析理論的設計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，在Altair公司的帶領下，SimSolid將會越來越強大，越來越易用。 

---

    【想獲得更多信息，請加技術鄰微信客服 jishulink888。也可以申請試用、免費測算、報名培訓、研發人員20人以上的企業可以申請免費上門內訓