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活塞热应力分析 富奥汽车零部件股份有限公司 张洪宝 吉林长春 130033 hbzhang_fa@ 摘要：许多实际工作中，由于温度的影响而使结构产生过大的热应力，因而产生破坏性效果时常发生。分析由温度引起的应力（热 应力）有十分重要的意义。空压机活塞在工作中也能达到较高的温度，活塞破坏时常发生，通过有限元分析来模拟空压机活塞在 工作中由于热应力引起的变形破坏等，为以后产品的优化设计提供有力依据。 关键词：空压机 活塞 热应力 破坏 前 言 空压机是汽车小总成中比较重要的部分之一，空压机的核心部分—-活塞更是重中之重，其性能好坏直接影 响到空压机的整体性能，对其影响最大的是热应力与冲击。但是实际上两个方面是相互影响和耦合的。在大多数 情况下，传热问题所确定的温度场将直接影响物体的热应力，而后者对前者的耦合影响不大。因而可将物体的热 问题看成是单向耦合过程。通过有限元分析来模拟空压机活塞在工作中由于热应力引起的变形破坏等，更重要的 是可以得到空压机活塞由于热应力引起的变形。为以后优化设计提供参考依据。 分析内容 变形应力云图，热流密度（热通量），温度分布，内能变化曲线。特定路上的分析结果。 CAD 模型 热应力分析定义  传热单元（Couple Temperature－Displacement）CAX4T。在 HyperMesh 中建立普通网格后在 Abaqus 中转 换即可。  材料密度（Density ）  弹性模量（Modulus of elasticity ）  泊松比（Poisson‘s ratio ）  热传导系数（Thenmal conductivity）  比热容（Specific Heat）  膜系数（ film coefficient ）  预定义场（predefined field）  热膨胀系数（Thermal Expansion Coefficient） 1）热膨胀系数 是指物质在热胀冷缩效应作用之下，几何特性随着温度的变化而发生变化的规律性系数 热膨胀量为： 2）膜系数（转换公式） 对流换热 Q ＝S0K0△tm △tm ＝(T1-T2)/ln （ △t1/ △ t2 ） 3）预定义场 即为初场，计算刚开始时各部件的温度场。定义为 20 °C 计算结果 1 热应力 2 节点温度分布 3 变形云图 结论 1. 可以看出在安装活塞销位置有较大应力集中。 2. 可以看出不同位置由于温度影响产生的变形不同。可以根据此来设计活塞的“椭圆”形状。 3. 由于在此模型中有较多不确准数据，所以要得到比较可靠的结果，前处理中的相关数据要准确。 4. 最大热应力为 100MPa 5. 模型中材料较多处（如与活塞销配合处）热应力较大。 参考文献 [1] 陆际清等，汽车发动机设计 清华大学出版社，1992 [2] 陶文铨，数值热传学。西安：西安交通大学出版社，2001 [3] Abaqus 6.8 manual, Abaqus,2008 [4] Abaqus 非线性有限元分析与实例，庄茁等编著，科学出版社，2005