尽管技术的进步可以减少发动机的功率损失,但同时却造成发动机氮氧化物等污染物排放的增加。在满足发动机高效能要求的同时,必须也要满足发动机的温度和强度校核方面的要求。活塞的工作稳定性直接影响发动机运行的稳定性。通常可以减轻发动机零部件的质量来保持运行的稳定性和高效性。如今，很多中小型柴油机厂采用铝合金作为活塞制造的材料[3],更有技术领先的企业为了减少活塞的热机载荷，正在尝试使用陶瓷代替合金作为活塞的材料。

活塞是发动机运行的主要组件，也是发动机工作最严酷的零件。活塞长期工作在恶劣的环境下，整个活塞在工作过程中会承受很高的温度，而且活塞受到往复运动产生的周期性惯性力，活塞的机械负荷十分严重，会造成活塞顶部变形、裙部开裂、活塞底部销座开裂等不良后果。在热负荷和机械负荷的综合应力下，活塞的使用寿命会受到很大的影响，并可能导致活塞组开裂、拉缸等故障,极大地危害发动机运行的可靠性和稳定性。一个可靠的发动机设计必须对活塞组进行温度场、热应力和机械应力分析，对发动机活塞进行强度校核。 

因此，本文选题的意义在于对活塞进行热分析、机械应力分析和热机耦合分析，然后将有限元模拟仿真结果以及研究的结论和展望运用到活塞受力分析中，这样可以为活塞组的设计和优化提供精确的理论依据。

1。2 活塞强度校核研究的国内外研究现状

1。3本文的主要研究内容及解决的关键问题

本文主要校核活塞的强度是否满足要求,活塞的强度校核主要考虑机械负荷与热负荷的作用。根据柴油机工作过程计算出的结果得出分析计算需要的边界条件，对活塞进行最高爆发压力点的有限元强度分析，得到此刻处活塞温度和受力分布，再根据活塞材料及柴油机工作特性等参数分析活塞的校核结果。

1。3。1主要研究方法

本文借助ANSYS软件对活塞模型进行强度计算。首先,利用PRO/E软件创建准确的活塞三维模型；再进行柴油机的热力学、动力学和运动学计算，利用Excel和编程软件得到柴油机工作时活塞组气体力、惯性力等力随转角的变化图和p-v示功图等数据。活塞的有限元计算边界公式采用试验的经验公式得出各个表面的环境温度和换热系数以及载荷变化的函数关系式。其中ANSYS软件只采用其中了的一个模块功能Workbench15。0，该模块可以模拟大部分物理场和耦合应力场。

1。3。2 需要解决的关键性问题

（1）三维建模。只有建立符合图纸要求的十分精确的活塞模型，才能在后续的分析过程中更准确地模拟活塞的实际情况，得出理想的结果。根据柴油机厂提供的图纸分别建造出活塞的燃烧室、活塞环、裙部和销座等部分。

（2）网格划分。根据实际要求划分适当精度的要求，并根据受力受热集中区域在此区域单独划分更精细的网格。

（3）柴油机热力、动力学和运动学计算。估算柴油机工作过程可以了解和掌握各热力学参数之间的内在联系，供柴油机在设计和改进时进行性能分析时作为参考。计算出的最高爆发压力、温度、气体力等参数可为边界条件的确定提供数据。

（4）边界条件和载荷确定。模拟分析的前提是确定边界条件，利用经验公式计算出与活塞表面接触介质的平均温度和与活塞各面的对流换热系数。然后根据活塞的受力分析，得到最大爆发压力点时活塞的气体力和活塞总力，根据公式得到活塞裙部和销座受力的关系式。

（5）有限元分析。这是整个校核过程最后也是最重要的一步。通过有限元分析展示出柴油机活塞工作过程中的温度场、应力、应变和耦合作用下分布图，速地找出危险部位分布状况，完成校核。