柴油机活塞温度场有限元分析

郭超

摘要：活塞作为发动机的主要受热件，其热负荷问题最为严重，所以对其进行温度场的计算是十分必要的。利用NASTRAN程序建立活塞的有限元传热分析模型，并计算活塞的温度场和热流。分析了活塞结构和材料、发动机工作过程参数、冷却等因素对活塞温度场的影响，得出当活塞采用导热系数大的材料，在冷却条件较好的环境下工作时，活塞的使用寿命越长。为活塞的优化设计提供了依据。

关键词：柴油机;活塞;设计;温度场

0  引言

随着发动机强化程度的不断提高，其零部件的热负荷将随之不断增大。活塞作为发动机的主要受热件，由于具有受热面积大、散热条件差的特点，因而其热负荷问题最为严重。它的结构对内燃机的可靠性、寿命、排放和经济性等诸多方面有着至关重要的影响。如能求得活塞的温度场的数值解，将可为考虑热应力和热变形的活塞优化设计提供依据。

有限元数值模拟技术具有试验方法和理论解析方法无可比拟的优势，已经成为内燃机性能研究的重要手段。本文以某型柴油机活塞为研究对象，进行了有限元模拟计算，得出了活塞在热负荷作用下的温度分布，为活塞的最优化设计提供了依据。

1  有限元模型的建立

1.1 三维模型的建立

要想得到比较精确的活塞温度场计算结果，首先要考虑到的是如何建立准确的几何模型。由于实际活塞往往非常复杂，要建立和实际的活塞完全一样的三维几何模型是几乎不可能的，所以需要对几何模型进行如下的简化：