副標(biāo)題#e#    活塞是內(nèi)燃機(jī)中的重要零部件，工作過程中承受周期性的強(qiáng)烈熱負(fù)荷作用，工作條件極其惡劣，其性能的好壞直接影響整機(jī)的性能。在正常工況下，活塞一般能夠保持較為良好的工作狀態(tài)，但在特殊工況下，如冷卻不良、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等，則會(huì)出現(xiàn)局部溫度過高的現(xiàn)象，實(shí)踐證明，活塞長時(shí)間在超負(fù)荷高溫下運(yùn)行，首先會(huì)引起材料強(qiáng)度降低，而材料強(qiáng)度的降低則意味著機(jī)件在長期工作中會(huì)出現(xiàn)永久變形、斷裂以至局部發(fā)生燒傷，進(jìn)而導(dǎo)致整機(jī)的故障，大大影響了整機(jī)的可靠性、耐久性。近幾年來，隨著內(nèi)燃機(jī)在強(qiáng)化程度和熱負(fù)荷水平上的大幅度提高，由于特殊工況，而導(dǎo)致的熱負(fù)荷問題更加突出。如何正確模擬內(nèi)燃機(jī)的特殊工況，準(zhǔn)確計(jì)算活塞的溫度場(chǎng)是解決這個(gè)問題的關(guān)鍵。
   
    目前復(fù)雜零部件熱負(fù)荷分析中，大多采用有限元分析方法。由于活塞結(jié)構(gòu)及邊界條件復(fù)雜，所以在有限元計(jì)算中，任何參數(shù)的改變均會(huì)帶來不必要的重復(fù)工作。以 COSMOS/ M 有限元程序語言為基礎(chǔ)，編制了活塞參數(shù)化有限元計(jì)算程序，并運(yùn)用 Delphi 語言編制了相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，通過輸入?yún)?shù)值的變化來模擬冷卻不良及超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等特殊工況，進(jìn)而對(duì)活塞的溫度場(chǎng)和熱變形進(jìn)行計(jì)算分析，大大提高了多工況下活塞熱負(fù)荷分析的效率，為活塞的多工況熱負(fù)荷故障仿真提供了一種高效的分析方法。
   
    1 基于活塞熱負(fù)荷的參數(shù)化三維有限元計(jì)算程序
   
    1. 1 參數(shù)化有限元模型
   
    有限元分析軟件在繪圖、運(yùn)算命令中引入?yún)?shù)，通過參數(shù)實(shí)現(xiàn)與外界程序、數(shù)據(jù)庫的有效連接，擴(kuò)展了有限元計(jì)算程序的應(yīng)用范圍，使其具有更強(qiáng)的可擴(kuò)充性，為建立專業(yè)有限元參數(shù)化分析模型提供了操作平臺(tái)，成為復(fù)雜零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的有力工具。參數(shù)化有限元程序語言主要由參數(shù)定義賦值語句、數(shù)學(xué)運(yùn)算操作語句、程序流程控制語句、參數(shù)化繪圖語句、物性參數(shù)設(shè)置語句、邊界條件設(shè)置語句、分析設(shè)置及執(zhí)行語句組成。運(yùn)用參數(shù)化有限元模型不僅能對(duì)具體尺寸的復(fù)雜零部件進(jìn)行數(shù)值分析，而且可以通過參數(shù)接口對(duì)某一結(jié)構(gòu)類型的零部件模型進(jìn)行變參數(shù)的數(shù)值計(jì)算。
   
    由于參數(shù)的引入，在有限元模型的建立過程中，不但要考慮各參數(shù)化圖形元素之間的形位關(guān)系，避免尺寸、形位之間的相互干擾，而且要使建立的幾何模型符合網(wǎng)格劃分及邊界條件附加的要求，根據(jù)分析實(shí)體的不同類型和尺寸，采用不同的邊界參數(shù)和有效的網(wǎng)格處理方法。這不但增加了參數(shù)化有限元模型中幾何建模的難度，也加大了參數(shù)設(shè)計(jì)、程序編制的復(fù)雜性。
   
    1. 2 參數(shù)及其輸入接口
   
    根據(jù)活塞幾何結(jié)構(gòu)及邊界條件的特點(diǎn)，將活塞熱負(fù)荷分析輸入?yún)?shù)歸結(jié)為幾何參數(shù)、物性參數(shù)、邊界參數(shù)、網(wǎng)格參數(shù)及分析參數(shù) 5 大類。根據(jù) 490 型柴油機(jī)活塞的結(jié)構(gòu)及工作運(yùn)行狀況，本次參數(shù)化有限元計(jì)算程序采用 1/4 幾何模型進(jìn)行計(jì)算，輸入?yún)?shù)如表 1。
   

    根據(jù)活塞熱負(fù)荷分析中邊界條件附加的要求，將活塞的邊界分成 45 個(gè)區(qū)域，邊界條件分別由 45 個(gè)邊界參數(shù)值決定。邊界條件值可以通過第一類或第三類邊界條件的形式輸入。幾何參數(shù)設(shè)置時(shí)給出具體活塞尺寸為默認(rèn)值，非參數(shù)值為具體尺寸。參數(shù)的輸入界面均有示意圖，如圖 1 所示。參數(shù)接口處理程序主要負(fù)責(zé)檢查輸入?yún)?shù)值的合理性、一致性及有效性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突和異常，最后將檢驗(yàn)后的參數(shù)值輸入有限元計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。