發動機活塞熱應力分析
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-12
發動機活塞熱應力分析的視頻教程
Workbench熱分析及溫度應力（熱應力）仿真分析
本教程從幾何建模、網格劃分（mesh）到物理參數設置、求解到后處理進行詳細講解，耦合了穩態熱分析，瞬態熱分析以及瞬態結構分析的多物理場仿真模型，使學習者掌握多物理環境的熱應力分析的整個流程； 本教程結合相關CAE工程師在工程實踐中案例講解，結合了熱應力的產生的原因以及介紹了溫度應力的產生條件；貼合實際應用，可作為初學者掌握熱應力仿真分析的基礎和入門教程； 本教程基于ansys workbench19.0
￥15 36分鐘 3039播放
查看
Abaqus Heat Transfer（熱傳導）單元瞬態分析與熱應力分析基礎算例講解
（2）基于熱傳導分析鋼塊溫度場的結果，采用順序耦合熱應力分析方法，得到了鋼塊在循環變化溫度環境的應力應變場，詳細講述了順序耦合熱應力分析的建模過程和輸出結果。（對應第三章節）
￥60 34分鐘 998播放
查看
發動機活塞熱應力分析的實例教程
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：
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。
展開 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。
展開 " contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202503/attachment/6f75cc8220084c4081b6efb994ce3d04.png" style="display: inline-block;" data-regular="true"><img src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/6f75cc8220084c4081b6efb994ce3d04.png"></figure></figure><p><br></p><p>附件為piston.rar，里面包括熱應力.wbpj。
展開 發動機專用熱流體分析軟件Converge，不僅能模擬發動機缸內流動、燃料噴霧、燃燒，而且通過跟缸內流體部分的熱計算進行耦合，也可以進行固體內部的熱傳導解析。
這是活塞的固體（金屬）部分的熱傳導解析和發動機缸內流動、燃料噴霧、燃燒解析同時耦合計算的案例。以往的活塞熱傳導解析，大部分案例中，缸內側的邊界條件都是一樣的。像本案例這樣，通過同時求解缸內的燃燒狀態，可以適時提供更真實的溫度邊界條件，進而獲得更高精度的熱傳導解析。
展開 活塞結構對發動機的性能起著關鍵作用，需要考慮其強度，振動以及疲勞性能等。此次采用Simsolid對活塞結構進行模態和強度分析。
1 導入模型以及前處理
Simsolid支持絕大多數的CAD軟件格式導入模型，非常方便！導入模型后會自動開始模型檢查和接觸識別，非常簡便智能，節省了很多時間。導入后也可以以任意顏色顯示不同的part。
在Simsolid中不需要做幾何清理和劃分網格，這個不僅僅對結構工程師來說方便，對仿真人員來說，要快速得到結果也是非常方便的。隨便拿一個part在abaqus中看到這么多小邊小面，我就心累啊。
2 附屬性施加載荷約束
Simsolid自帶材料庫，基本的分析夠用了，還有少量的非線性材料。用戶自己也可以通過setting--> Material database 來修改材料。附材料的操作也非常簡便，直接選擇材料，點選對應的part就可以了。
Simsolid的圖標也很小清新和有辯識性，看到圖標基本知道干什么的，不知道的情況下，鼠標挪到圖標上面，會自動彈出圖標的解釋信息。施加載荷也是通過點選的方式來完成。
3 模態分析
設置完成后就可以進行相應的計算了 。首先進行模態分析，設置模態的階數，直接點擊solve圖標即可，計算也很快就完成了。前6階的模態結果如下表，可方便的查看對應的模態圖以及動畫。
模態階數
模態（Hz）
1
323.58
2
394.75
3
711.14
4
2557.3
5
2603.6
6
3551.8
4 結構強度分析
如果需要修改接觸類型，可在對應的接觸對上右鍵修改。
展開 
發動機活塞熱應力分析的相關專題、標簽、搜索
發動機活塞熱應力分析的最新內容
概述
PCB 組件在工作時產生的熱量會直接影響其電性能與長期可靠性。過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現
零基礎也能高效掌握Ansys熱應力分析，技術鄰通過“低門檻準入+拆解式教學+全流程保障”，讓新手1-2周上手實戰，已幫助500+企業零基礎工程師實現技能突破，學員獨立完成仿真項目的平均周期從1.5個月縮短至2周。
“沒接觸過有限元理論，怕聽不懂公式推導”“只會打開Ansys軟件畫簡單模型，不知道怎么開展熱應力分析”“擔心課程太復雜，學完還是不會做自己的項目”——這是絕大多數零基礎學習者面對
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習錐形透鏡的三維模型處理
2、學習線瞬態熱結構耦合分析步的建立
3、學習錐形透鏡熱結構耦合分析的載荷施加
4、學習錐形透鏡熱結構耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 錐形透鏡瞬態熱應力分析
某袋除塵殼體結構選型如下：
箱體板厚5mm
箱體角柱：角鋼L90*56*8
箱體加強筋：角鋼L90*56*6
花板厚6mm
花板下加強筋：橫向為扁鋼80*6，縱向為扁鋼100*6
箱體中間支撐管：鋼管Φ60*5
圖1 袋除塵殼體結構示意圖
2、 建立模型
按照殼體結構示意圖建立幾何模型如圖2所示。
準確預測由不同材料構成組件中的熱應力是一個具有挑戰性的分析問題。熱致應力由溫度梯度、支撐以及當連接材料具有不同熱膨脹系數（CTE）時產生。對于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會導致熱應變的差異，從而引發機械應變和應力。針對這些連接的建模假設會對局部應力產生重大影響。在對這類組件進行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個問題是：是什么使部件保持在一起？是通過膠粘劑、焊接等形成的實際粘結，還是螺栓或彈簧提供的機械支撐
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習泵殼的三維模型處理
2、學習線性熱結構耦合分析步的建立
3、學習泵殼熱結構耦合分析的載荷施加
4、學習泵殼熱結構耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 泵殼熱結構耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件
氣缸活塞是許多機械設備，如內燃機、壓縮機等中的關鍵組成部分。它們長期受到機械載荷和熱載荷的周期性作用，特別是在高性能和高負載的應用中。由于溫度的大幅度波動和復雜的載荷條件，活塞結構可能會發生疲勞損傷，這稱為熱機疲勞。熱機疲勞是一種由于熱載荷和機械載荷共同作用導致的損傷機制。在活塞中，溫度可能會迅速改變，導致材料熱膨脹和收縮。與此同時，活塞還承受著來自氣缸內壓力的機械載荷。這種復合效應可能導致活塞材料的微觀裂紋產生和擴展
一、案例簡介
如圖1 所示的管道，水平管道長度為150mm，直徑為24mm，豎直管道直徑為16mm，高度為50mm，分別距離左端面45mm 和95mm，整體管道壁厚為2mm。20℃的低溫水從左端的入口流入，流速為1m/s，50
摘要：以某一企業18cc型號電動汽車渦旋壓縮機為研究對象，結合有限元理論綜合考慮，腔體內存在溫度場及氣體壓力等載荷條件，采用熱固間接耦合的方法在workbench平臺上對動渦旋盤的變形應力情況進行數值模擬仿真。得到工作腔內部壓力、溫度等性能參數及應力分布規律，并結合仿真結果分析指出對壓縮機性能產生影響的因素。模擬結果表明，動渦旋盤在渦旋齒頭頂部變形最大，最大應力出現在渦旋齒根部
“ansys經典界面”相對于“ansys workbench”而言，界面操作的缺點和不便確實是顯而易見的，但是對于初學者而言，尤其是像剛剛入門的研究生而言，確實是了解有限元分析流程的一把利器。
