天然氣發(fā)動機活塞強度試驗研究及有限元仿真.pdf

1、在全球石油能源危機和排放法規(guī)日益嚴格的背景下，天然氣發(fā)動機應(yīng)運而生。對大功率、增壓天然氣發(fā)動機而言，其燃燒室組件的工作環(huán)境非常惡劣，其中又以活塞為甚。在天然氣發(fā)動機的工作過程中，活塞直接與缸內(nèi)高溫高壓燃氣接觸，承受著劇烈的周期性變化的熱負荷和機械負荷。作為發(fā)動機動力輸出的關(guān)鍵零部件之一，活塞在如此惡劣的工作環(huán)境中易發(fā)生燒蝕、開裂等故障，嚴重影響發(fā)動機工作的穩(wěn)定性與可靠性。本文依托YC6MK型天然氣發(fā)動機試驗臺架和ANSYS workbe

2、nch軟件，從試驗研究和有限元仿真計算兩個方面，對活塞承受的熱負荷和機械負荷進行了研究。
　　首先，搭建天然氣發(fā)動機試驗臺架，測量活塞在標定工況下的溫度場。
　　其次，運用Pro/E軟件建立活塞的三維全尺寸模型，利用HyperMesh軟件對活塞模型進行網(wǎng)格劃分，并導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS workbench中。然后根據(jù)示功圖和經(jīng)驗公式計算出活塞的熱邊界條件，并與試驗數(shù)據(jù)對比，最終計算得到較為準確的活塞穩(wěn)態(tài)溫度場?？紤]到缸

3、內(nèi)高溫燃氣對活塞的熱沖擊，計算出活塞的瞬態(tài)溫度場。
　　最后，在活塞穩(wěn)態(tài)溫度場的基礎(chǔ)上求得活塞的熱應(yīng)力和熱變形，并在考慮缸內(nèi)燃氣壓力和活塞的往復(fù)慣性力的情況下，計算求得活塞在標定工況最大爆發(fā)壓力點的機械應(yīng)力和機械變形，最終，在熱負荷和機械負荷的共同作用下，計算出活塞的熱-機械耦合應(yīng)力和變形。
　　通過對計算結(jié)果進行分析可以得出：YC6MK型天然氣發(fā)動機活塞在標定工況下承受了較大的熱負荷和機械負荷，第一環(huán)槽處溫度偏高易導(dǎo)致潤滑