汽油机活塞的有限元分析与优化.pdf

第4期机槭设计与制造2010年4月Machinery Design & Manufacture文章编号:1001-3997(2010)04-0049-02汽油机活塞的有限元分析与优化赵波范平清赵晓显(上海工程技术大学汽车工程学院,上海201600)Finite element analysis optimize design on the piston of oil engineZILAO Bo, FAN Ping-qing, ZHAO Xiao-yu(College of Automobile Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201600, China摘”要)利用UG软件的相关参数化波计方法和用户定义特征建立活塞连杆组併的参散化楼型。计算活塞所承受的载荷,采用UCNX執件中的 Structure模块进行有限元分析与优化,优化器选择 Altair的 Hyperopt。以减轻质量为目标,快速方便地完成活塞的有限元分析与优化。关键词:相关参数化;有限元分析;优化;活塞Abstract Parametric model of piston and connecting rod is created by associative parametric desigmethod and user defined feature of UG. Load of Piston is calculated, finite element analysis and optimizedesign are done based on Struclure of UG NX. Solver is Hyperopt of Altair. Finite element analysis and toptimize design based on the weight reducing is guickly and conveniently completedKey words: Associative parametric; FEA; Optimize; Piston中图分类号:TH122文献标识码:A质量、连杆质量、浯塞环质量及活塞销质量等。计算活塞及连杆所活塞是内燃机中较难设计的重要零件之一。设计-个重量承受的机械作用力,从而方便地进行有限元分析与优化径、结构可靠的活塞是人们所希望的,不但可以节省材料,而日还使用UG软件的相关参数化设计方法和用户定义特征建立能减小往复惯性力和改善传热等。要想加强活塞结构的可靠性活塞及连村的参数化模型.用户定义特征( ser Defined Feature(疲芳安全系数),必然使活塞质量也随之増加,设计人员利用以UDF)是将一组特征以特征集的方式单独存储,当用户需要在其往的常规设计方法几乎不可能找出兼顾两者的设计方案。只有采它零件设计中使用这组特征时将其调出,并同时赋予不同的一组用优化方法,能获得既满足各种设计要求,又能使活来重量最儿何和数值参数,生成和原型类似结构的几何模型。UG软件的轻、疲劳安全系数最大的设计方案。用户定义特征有助于实现复杂结构的变参数设计。将活塞及连杆利用UCNx软件完成没计任务,将先进的结构分析与优化方的机构简图、活塞头部外形草图、活赛部草图、活塞内腔山线草法应用到汽油机活塞的设计中,减少数据的遗失,提高分析结果的图及连杆外形草图等定义为UG的用户定义特征,结合G软件精确性。利用UG软件的相关参数化设计方法和用户定义特征建立的相关参数化设计方法完成活塞、连杆体、迕杆盖、轴瓦、活塞销活塞连杆组件的参数化模型,采用UGNX软件中的 Struclure模块气环及油环等的参数化模型,并完成虛拟装配,如图1所示。进行有限元分析与优化,优化器选择 Altair I的 Hyperope研究的汽油机是上世纪80年代开发的一款微型汽车发动机,是两、四冲程、水冷、直列斜置式汽油机,气门机构采用顶置轮轴、链传动,具主要参数,如表1所示。表1汽油机的主要参数缸径x冲程70x71mm总排量644ml压缩比标定功率20.6kw标定转速5300r/min最大扭矩47.1N.m在(2700-3300)rmin时怠速900r/min点火正时上止点前6图1活塞连杆组件的参数化模型2活塞连杆组件参数化模型的建立3活塞的有限元分析建立活塞连杆组件的参数化模型是实現活塞优化设计的必活塞连杆组件在发动机工作时处于高速、高温的工作状态要条件。从活塞连杆组件的参数化模型中可获取进行活塞及连杆下,采用UCNX软件中的 Structure模块进行有限元分析。在有限有限元分析与优化的相关参数如曲轴半径R、连杆长度活塞元分析及后面的优化中采用冯氏( Von Mises)应力作为评价标女来稿日期:2006-21基金项目:上海市重点学科建设项目资助(P1405)