內(nèi)燃機活塞設計及分析開題報告

1、課題的目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析或設計方案比較、選型分析等）
汽車市場的激烈競爭，促使生產(chǎn)廠家極大的縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期；另一方面，發(fā)動機也朝著增壓、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)動機強度的研究。從而使很多新的研究方法運用其中，來解決發(fā)動機工作可靠性所遇到的問題。對于活塞這樣承受很大熱負荷的發(fā)動機關鍵零件，其熱負荷和熱強度是影響發(fā)動機耐久性、可靠性和經(jīng)濟性的關鍵問題。特別是在現(xiàn)代發(fā)動機向高增壓、高強度的方向發(fā)展的趨勢下，對活塞這樣的零件僅考慮機械負荷是不夠的。發(fā)動機實際運行中更多的表現(xiàn)為因局部熱負荷水平太高，超過材料的承受極限而引起熱裂和燒熔等，因此，內(nèi)燃機缸內(nèi)傳熱和熱應力計算及計算機輔助優(yōu)化設計已成為一大研究課題。熱負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應的熱應力、熱應變和零件局部承受的低頻和高頻熱疲勞來評價。所以用有限元法對活塞進行熱強度和熱負荷分析具有重要得意義，一種能耐高溫、高強度的活塞更能適應汽車業(yè)的高速發(fā)展。有限元法是20世紀50年代開始發(fā)展起來的方法，由于當時理論尚處于初級階段，計算機的硬件及軟件也無法滿足需求，有限元法和有限元程序無法在工程上普及。到60年代末70年代初出現(xiàn)了大型通用有限元程序，它們以功能強使用方便、計算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術商品，成為機械元件結(jié)構有力的分析工具。目前，有限元法在現(xiàn)代結(jié)構力學、熱力學、流體力學和電磁學等許多領域都發(fā)揮著重要作用。隨著國內(nèi)數(shù)值模擬技術的迅速發(fā)展，國內(nèi)和國外的研究單位廣泛開展了對熱引發(fā)的強度、變形和疲勞機理的研究，在數(shù)值模擬技術方面，工程師也追求某一專業(yè)的數(shù)值計算方法。以提高其分析解決問題的能力。大連理工大學張洪武等提出了求解熱傳導問題“擬解細解”精細積分算法，研究并討論了用于熱傳導分析有限元解的精細積分算法?？朔藗鹘y(tǒng)求解方法時的單調(diào)性問題，對空間離散后所獲得方程的解是解析的【1】【2】【3】【4】。對于發(fā)動機的傳熱問題的研究，北京理工大學和天津大學已經(jīng)將整機的散熱問題進行了綜合考慮，進行了發(fā)動機整機散熱量的多模型耦合計算【5】。在研究二維熱傳導方程的第一內(nèi)邊界問題上，國內(nèi)學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，隨著模型的復雜程度和計算規(guī)模成幾何級數(shù)的增加，計算機硬件水平的飛速發(fā)展，并行計算在求解大規(guī)模工程和科學問題上越來越重要。在單元剛度矩陣、有限元方程組、結(jié)構動力分析等問題中并行算法的研究正是有限元研究的前