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活塞頭在高溫高壓燃氣的作用下產生局部應力過大現象甚至產生疲勞裂紋，這就需要在設計之初對柴油機的活塞頭進行強度分析。以往研究對四沖程柴油機的活塞進行分析，得到活塞的溫度場和應力分布，并對活塞進行熱負荷與機械負荷的耦合分析，得到應力及應變分布。對柴油機活塞熱負荷和機械負荷進行了更進一步的研究，利用多體動力學研究了活塞的側推力，并在研究中考慮了側推力對活塞強度的影響。在此基礎上，以船用柴油機的活塞頭為研究對象，以熱分析為基礎，在ANSYS中分析活塞頭在不同負荷下的強度，得出活塞頭的危險區域，為后續的結構設計、性能改進以及日常的維護和管理提供幫助。
某型號柴油機是曼公司生產的缸徑為二沖程6缸超長行程凸輪控制直流船用柴油機。根據設計圖，使用Pro/E對活塞頭進行建模，然后導入ANSYS進行分析。
柴油機的活塞頭要承受熱負荷和機械負荷的共同作用，為了滿足船用柴油機的強度和可靠性要求，結合實際情況，試驗采用耐熱合金鋼，泊松比為0.3。
計算得出的活塞頭與周圍環境的平均傳熱系數以及周圍環境的平均溫度為邊界條件，計算活塞頭溫度場分布，最高溫度433.8℃，出現在活塞頭頂面邊沿處，自上而下溫度逐漸減低，冷卻油腔及第一道活塞環區域均沒有超過200℃，與實測溫度基本相符。
為了計算活塞頭的可靠性，需要對活塞頭進行熱負荷、機械負荷，以及熱負荷與機械負荷藕合作用下的強度分析。以活塞頭的溫度場為邊界條件，在ANSYS中對活塞頭進行強度分析，得到活塞頭的熱變形和熱應力，得到活塞頭的熱應力分布，最大熱應力696MPa，出現在冷卻油腔內振蕩冷卻孔、活塞頂面、活塞側面的結合處，在局部表現為表面應力大于內部應力，整體來看受熱較大的活塞頭頂面應力較大。最大變形位于活塞頂面邊沿，最大變形1mm，總體上沿活塞頭徑向方向自內而外變形越來越大，沿軸向方向自上而下變形越來越小。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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