基于RecurDyn和Ansys Workbench的活塞强度分析

　　一、引言

　　某款发动机是公司最近攻关的难点，其曲轴系动力学、曲柄连杆机构静强度计算是公司基础研究项目的重要内容。从资源使用角度考虑，分别采用了多体动力学仿真软件RecurDyn和高端通用机械分析程序Workbench进行分析。RecurDyn进行的运动学/动力学计算结果可作为相关部件强度计算的载荷输入数据，这是活塞强度分析的数据准备工作。

　　活塞作为发动机最重要的部件之一，所处的工作条件也相当恶劣：高温、高速、高负荷、润滑不良、冷却困难等。因此它也是发动机中故障发生率较高的零件之一。在工作中，活塞除受高温燃汽的加热作用外，还受到气体压力、往复惯性力和连杆在倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用。这些外部载荷通过软件模拟可以得到量化工作过程中活塞应力分布，并可评估活塞的强度是否满足使用要求，并为活塞设计提供参考。

　　本文应用多体动力学方法和有限元方法对某款发动机活塞进行强度分析，通过分析结果评估热负荷与机械负荷对活塞应力分布的影响，确定高应力区域，并为设计提供参考。

　　二、某款发动机曲轴系多体动力学建模

　　某型号发动机是一款133排量的发动机。将CATIA产生的曲柄连杆机构三维实体模型不经简化直接以STP格式导入RecurDyn软件。在模型中忽略油环衬套、活塞环等零件，与其他零件相比，这些零件的质量很小，对运动学/动力学计算结果的影响可忽略不计。曲柄连杆机构的CATIA模型如图1所示。导入RecurDyn软件的模型如图2所示。

　　图1 曲柄连杆机构的CATIA模型