3。4  小结 34

第四章 柴油机活塞强化措施 35

4。1  组合式活塞与整体式活塞 35

4。2  活塞的强化措施 37

4。3  L16/24 活塞的改进措施 37

4。3。1   建立模型并划分网格 37

4。3。2  单一机械负荷分析 40

4。3。3  单一热负荷分析 41

4。3。4  热负荷-机械负荷耦合分析 41

4。4  小结 42

结 论 43

致 谢 44

参 考 文 献 45

第一章 绪论

1。1 研究背景 

随着柴油机在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，人们对柴油机零部件的强 度、整机的性能及其运行可靠性提出了越来越高的要求。柴油机燃烧室中的活塞组承担 着热负荷与机械负荷耦合冲击，其可靠性和使用寿命对柴油机的运行工况的影响尤为深 远。为着力于优化柴油机活塞的结构、提高其强度，许多公司和研究机构普遍采用三维 建模软件如 UG、PROE、SolidWorks 等软件建立活塞模型，并利用有限元软件对活塞进 行仿真分析，进而找出值得改进的地方，实现对活塞的优化。本课题就是基于这一目的 对某柴油机活塞进行优化设计和应力分析以及热力分析，找出该活塞值得改善的地方。 

当今世界，航运是继空运和陆运之外，主要的运输方式之一，船舶作为航运的唯一 交通工具，由于其运行条件的特殊性，对其动力、可靠性有较为苛刻的要求，同时立足 于这两点，才能谈及航运的经济性。对于船舶而言，柴油机可以被理解为船舶的“心脏”， 而活塞正式这个“心脏”的重要部件。柴油机作为一种热能动力装置，其工作过程离不 开热量传递的过程。发动机结构复杂，工作环境恶劣，在其运行的过程中不仅受到燃料 高温燃烧的影响，与此同时材料还受到极大的结构应力继而产生形变、热疲劳等故障。 这对于柴油机的性能而言是一个巨大的冲击，因此优化活塞性能是关乎柴油机运行工况 的关键之举。 

目前为了提高船舶柴油机的强度和可靠性，延长柴油机的使用寿命，以实现船舶向 大型化、高速化、自动化的要求，通常采用的方法是提高柴油机部件强度和增加气缸排 量。目前，大型低速柴油机的平均有效压力已经达到 2。1Mpa，最大燃烧压力达到约 15

—16Mpa，单缸输出功率达到 6950kw，单机功率可达 98400kw。柴油机功率和强化程度 的增加会使得单位时间燃料释放的热量增加，同时为了获得更大的单缸功率而增加缸径 的措施会使单位气缸工作容积的散热面积减小，从而增大柴油机燃烧室零部件的热负荷。 过高的热负荷对燃烧室部件如活塞汽缸壁不利：降低材料的机械性能，使其机械强度降 低；受热部件发生膨胀、变形，因此改变了原先正常的工作间隙；使润滑油变质、结胶、 蒸发甚至被燃烧；某些部件会因为温度过高而发生烧蚀；使受热部件承受过大的热应力 而产生疲劳破坏；另外，在柴油机运行过程中，燃烧室部件的触火面还承受着周期性温 度波动引起的高频热应力，这会加速触火面的损坏。 文献综述