內(nèi)燃機(jī)活塞設(shè)計(jì)及分析開(kāi)題報(bào)告

1、課題的目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析或設(shè)計(jì)方案比較、選型分析等）
汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，促使生產(chǎn)廠家極大的縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期；另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)也朝著增壓、高功率、輕質(zhì)量化方向迅速發(fā)展，又使研究人員更加注重發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的研究。從而使很多新的研究方法運(yùn)用其中，來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性所遇到的問(wèn)題。對(duì)于活塞這樣承受很大熱負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件，其熱負(fù)荷和熱強(qiáng)度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵問(wèn)題。特別是在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)向高增壓、高強(qiáng)度的方向發(fā)展的趨勢(shì)下，對(duì)活塞這樣的零件僅考慮機(jī)械負(fù)荷是不夠的。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中更多的表現(xiàn)為因局部熱負(fù)荷水平太高，超過(guò)材料的承受極限而引起熱裂和燒熔等，因此，內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)傳熱和熱應(yīng)力計(jì)算及計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為一大研究課題。熱負(fù)荷水平常用零件工作的最高溫度、局部不同方向的溫度梯度及對(duì)應(yīng)的熱應(yīng)力、熱應(yīng)變和零件局部承受的低頻和高頻熱疲勞來(lái)評(píng)價(jià)。所以用有限元法對(duì)活塞進(jìn)行熱強(qiáng)度和熱負(fù)荷分析具有重要得意義，一種能耐高溫、高強(qiáng)度的活塞更能適應(yīng)汽車業(yè)的高速發(fā)展。有限元法是20世紀(jì)50年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的方法，由于當(dāng)時(shí)理論尚處于初級(jí)階段，計(jì)算機(jī)的硬件及軟件也無(wú)法滿足需求，有限元法和有限元程序無(wú)法在工程上普及。到60年代末70年代初出現(xiàn)了大型通用有限元程序，它們以功能強(qiáng)使用方便、計(jì)算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品，成為機(jī)械元件結(jié)構(gòu)有力的分析工具。目前，有限元法在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)和電磁學(xué)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。隨著國(guó)內(nèi)數(shù)值模擬技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的研究單位廣泛開(kāi)展了對(duì)熱引發(fā)的強(qiáng)度、變形和疲勞機(jī)理的研究，在數(shù)值模擬技術(shù)方面，工程師也追求某一專業(yè)的數(shù)值計(jì)算方法。以提高其分析解決問(wèn)題的能力。大連理工大學(xué)張洪武等提出了求解熱傳導(dǎo)問(wèn)題“擬解細(xì)解”精細(xì)積分算法，研究并討論了用于熱傳導(dǎo)分析有限元解的精細(xì)積分算法。克服了傳統(tǒng)求解方法時(shí)的單調(diào)性問(wèn)題，對(duì)空間離散后所獲得方程的解是解析的【1】【2】【3】【4】。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱問(wèn)題的研究，北京理工大學(xué)和天津大學(xué)已經(jīng)將整機(jī)的散熱問(wèn)題進(jìn)行了綜合考慮，進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)散熱量的多模型耦合計(jì)算【5】。在研究二維熱傳導(dǎo)方程的第一內(nèi)邊界問(wèn)題上，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了半離散有限元配置法。就是有限元配置法本身，最近的研究成果也可以看出發(fā)生了重要變化，隨著模型的復(fù)雜程度和計(jì)算規(guī)模成幾何級(jí)數(shù)的增加，計(jì)算機(jī)硬件水平的飛速發(fā)展，并行計(jì)算在求解大規(guī)模工程和科學(xué)問(wèn)題上越來(lái)越重要。在單元?jiǎng)偠染仃?、有限元方程組、結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析等問(wèn)題中并行算法的研究正是有限元研究的前