发动机零部件参数化设计及工程分析

论文摘要

本文以VB为工具,采用自动化对象接口Automation技术对CATIA进行二次开发,实现了对活塞实体的参数化造型设计。然后其中的四分之一活塞参数化模型,使用有限元方法对其进行相应的工程分析。自动化对象接口Automation技术是对CATIA进行二次开发方法之一,该方法允许一个应用程序操作另一个应用程序,具有入门简单,操作方便的特点。本文利用VB脚本语言作为开发工具,通过编写相应的控制程序对CATIA进行操作,从而实现automation技术与CATIA的实时通讯,达到了活塞实体模型参数化设计的目的。本文还开发出了友好的设计界面,使设计过程更加便捷。参数化设计是当今主流CAD的核心技术,是CAD技术在实际应用中提出的课题,利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统,可使设计人员从大量繁琐的设计计算、绘图工作中解脱出来。本文在详细分析活塞的结构后,根据活塞的设计要求及设计计算理论,采用参数化设计思想,结合活塞的特点对其特征进行总结归纳,开发出了活塞参数化设计系统,并对其参数化设计过程进行了详细论述。活塞作为内燃机的关键零部件之一,它设计质量的好坏直接关系到内燃机的工作可靠性和使用耐久性,同时直接影响到内燃机的排放性能。活塞的工作环境极为恶劣:混合气燃烧产生的高温高压燃气使活塞顶部乃至整个活塞温度很高,且温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形;同时活塞还受到燃气压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向推力和摩擦力等周期性载荷作用,产生机械应力和机械变形。热负荷和机械负荷将导致活塞产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等。因此,在新产品的开发过程中,很有必要对活塞进行温度场和强度分析,了解活塞的温度分布和应力分布情况,进而改进活塞。本文利用活塞四分之一模型,使用ANSYS软件计算了活塞在最大爆发压力工况点的温度分布情况;温度、机械载荷单独作用时的应力和变形情况;温度、机械载荷共同作用时活塞的应力和变形情况,为优化活塞设计提供了较符合实际工作状况的基础温度与应力数据及改进方向。参数化设计思想与有限元分析方法相结合,实现了活塞的自动化设计,优化了产品的开发过程,实现了产品设计中的信息共享和并行,可显著缩短产品设计周期,提高设计效率,有较大的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 CAD/CAE技术在汽车工程领域的应用
• 1.3.2 CAD/CAE技术在发动机设计中的应用
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 活塞结构设计理论
• 2.1 活塞的工作条件
• 2.2 活塞材料
• 2.3 活塞的设计要求
• 2.4 活塞结构设计分析
• 2.4.1 活塞顶厚度及形状
• 2.4.2 活塞销座设计
• 2.4.3 活塞裙部外型面设计
• 第三章 发动机活塞参数化设计
• 3.1 参数化设计概述
• 3.1.1 参数化设计的概念
• 3.1.2 参数化设计的特点
• 3.2 CATIA简介
• 3.3 CATIA二次开发关键技术
• 3.3.1 CATIA二次开发方法
• 3.3.2 VB与CATIA的链接
• 3.4 活塞结构参数分析
• 3.5 活塞参数化模型
• 3.5.1 人机界面的建立
• 3.5.2 系统应用实例
• 第四章 活塞有限元分析
• 4.1 有限元方法理论
• 4.1.1 有限元方法概述
• 4.1.2 ANSYS简介
• 4.2 活塞有限元分析的意义
• 4.3 活塞有限元模型的建立
• 4.3.1 活塞实体模型
• 4.3.2 模型网格划分
• 4.4 活塞有限元分析的内容
• 第五章 活塞温度场分析
• 5.1 热分析的理论基础
• 5.1.1 稳定温度场
• 5.1.2 温度场的三类边界条件
• 5.2 活塞热对流边界条件的确定
• 5.2.1 活塞顶部的换热系数及燃气平均温度
• 5.2.2 活塞外侧表面的换热系数
• 5.2.3 活塞内腔及裙部内侧面的换热系数
• 5.3 活塞的温度场分析
• 第六章 活塞强度分析
• 6.1 活塞热应力分析
• 6.1.1 活塞热应力分析方法
• 6.1.2 活塞热应力分析
• 6.2 活塞机械应力分析
• 6.2.1 活塞边界条件和载荷的处理
• 6.2.2 活塞机械应力和变形分析
• 6.3 活塞综合应力分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间发表的论文