考虑进气效应和非线性接触的活塞瞬态应力研究

针对经验公式计算活塞顶面传热边界不准确和热应力计算中引入位移约束产生人为应力集中的问题,采用燃烧模拟和有限元方法构建非线性接触对,研究活塞瞬态应力。首先,燃烧模拟仿真得到活塞顶面传热边界条件,并实现向有限元模型的瞬态映射;然后,用非线性接触模拟热和力在构件间的传递,对比有、无进气冷却效应下的活塞瞬态温度场,结合测温试验进行温度场验证,对比有、无非线性接触的活塞热应力场;最后,结合机械负荷,进行在交变热-机械负荷作用下的活塞瞬态应力场分析。计算结果表明:采用燃烧模拟和有限元方法进行活塞瞬态温度场研究,能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀;非线性接触改善了施加位移约束产生的人为热应力集中问题,对比排气侧,活塞进气侧的热应力高出11.9%;热机耦合应力不是热应力和机械应力的简单叠加,且热、机械应力有一定程度的相互抵消。