某阿特金森發(fā)動機(jī)活塞強(qiáng)度疲勞分析

王 芳，周 權(quán)，雷正雨

（柳州五菱柳機(jī)動力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

活塞是內(nèi)燃機(jī)的主要零部件之一，它的工作穩(wěn)定性將直接影響到內(nèi)燃機(jī)的可靠性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性及排放等一系列重要的性能指標(biāo)[1]。另外，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的阿特金森循環(huán)，活塞需要進(jìn)行高壓縮比設(shè)計(jì)，活塞組的工況較普通自然吸氣發(fā)動機(jī)更為惡劣。

因此，以某款阿特金森發(fā)動機(jī)為研究對象，采用有限元分析方法，建立有效的活塞組模型，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證在阿特金森循環(huán)下，活塞組的強(qiáng)度、疲勞設(shè)計(jì)結(jié)果，為發(fā)動機(jī)整體匹配設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

1 活塞組有限元模型建立

活塞組分析模型包括：活塞、活塞銷、襯套、部分連桿，如圖1所示。

圖1 活塞組模型

1.1 活塞組網(wǎng)格建立

如圖1所示，建立活塞組網(wǎng)格模型，由于所分析模型中活塞、部分連桿、活塞銷、襯套均為對稱，因此在網(wǎng)格劃分前對模型先進(jìn)行了CAD處理，取活塞組軸對稱為分析對象。同時(shí)，為避免增加計(jì)算量，需對活塞組中非重要特征，包括倒角、圓角等，進(jìn)行清理。

如圖2所示，為網(wǎng)格模型。網(wǎng)格類型中，活塞與連桿采用四面體二階網(wǎng)格，并加以修正，類型為C3D10M；活塞銷及襯套集合類型對稱，因此采用六面體二階網(wǎng)格。

圖2 活塞組網(wǎng)格模型

為充分保留必要的幾何特征，接近于實(shí)際活塞模型，網(wǎng)格尺寸大小為1 mm。

1.2 材料屬性及接觸設(shè)置

表1所示為模型中各子部件的材料屬性。在接觸關(guān)系中，需建立面面接觸對，包括：連桿與襯套、襯套與活塞銷、活塞與活塞銷，摩擦類型建立金屬與金屬間摩擦，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2。……