结 论 28

致 谢 30

参 考 文 献 31

第一章 绪论

1。1 研究背景和意义

1。1。1 选题的依据和背景

在热动力装置中，内燃机的应用最为广泛。通过燃料在燃烧室中的燃烧，产生大 量热能，将高温高压燃气产生的能量通过连杆、曲轴转换为机械能。在内燃机正常工 作时，活塞做往复运动，承受高温燃气的作用，并且受到因往复运动产生的惯性力、 摩擦力、侧推力等载荷作用。在日益严格的排放法规和节能要求的约束下，四缸发动 机的结构和控制技术都发生了很大的变化[1]，内燃机向着高速度、高效率方向发展， 这就使得活塞受到的热载荷和机械载荷不断增大，因此这些不断增大的载荷对内燃机 安全工作产生了很大的影响，人们意识到了活塞强度校核的重要性。同时为了满足人 们的需求，内燃机功率也越来越大，相应的所消耗的燃气量也大大增加，导致活塞承 受的热载荷增大，因此在提高内燃机功率并使热载荷在活塞材料承受范围内显得尤为 重要。论文网

活塞最为内燃机最重的部件，它的运行对整个内燃机的工作的安全性有很大的影 响。但活塞的工作环境是最为恶劣的，它同时承受因高温产生的热载荷和因气体压力 和连杆、曲轴的旋转产生的机械载荷，这些载荷会使活塞产生相应的应力和变形，所 以活塞是内燃机运行中最容易出问题的部件[2]。在极其恶劣的工况下，超出材料承受 范围的应力会使活塞销座裂开和第一环槽的断裂；燃料在内燃机的气缸中燃烧会产生 高温高压的燃气，这些燃气与活塞直接接触，会使活塞燃烧室边缘、活塞顶部温度很 高，与活塞裙部有较大的温差，同时因内外壁面的温差，产生很大的热应力与热变形， 这使得活塞顶部很容易被破坏，甚至出现拉缸、抱死现象[3]。活塞运行中应力和变形 的大小将会影响内燃机的可靠性，经济性和使用寿命，所以对内燃机活塞的强度校核 是很有必要的。

1。1。2 研究的目的和意义

目前人们对发动机的活塞越来越重视，内燃机活塞从材质和大小都发生了重大的 改变，对设计出来的内燃机活塞进行校核，可以使四缸发动机活塞更加趋于合理。合 适的内燃机活塞不仅能大大改善机体运行的流畅性，还能使内燃机活塞与气缸减少摩 擦损失，增加效率，还能提高缸内气体压力和燃气压力。同时考虑到应力和变形；对

活塞的经济性、使用性和可靠性进行判断，是否能满足人们的需求，并进一步得到完 善活塞的方案。

1。2 国内外研究现状及存在的问题

1。2。1 国内研究现状和存在的问题

1。2。2 国外研究现状和存在的问题

1。3  主要研究内容

（1）发动机的实体建模方法

应用 Pro/E 的建模功能根据提供的的 4F20 柴油机活塞的数据对机体进行实体建 模，考虑到后期的网格划分和有限元计算，省略一些凸台、圆角、小油孔等细节，同 时又能较好地模拟实际发动机模型。

（2）有限元分析模型的建立及载荷计算

先把模型导入 ANSYS，并在 ANSYS 中建立的有限元分析模型进行有效合理的 网格划分。以稳态工况为前提，计算出活塞传热的边界条件，通过有限元分析软件得 到温度场、热应力和热变形。计算相应的机械载荷，得到机械应力和变形。最后在耦 合场中得到变形和应力大小。

（3）活塞强度校核 在有限元分析得到应力中得到最危险位置的应力，通过这些位置的分析，校核应