[发明专利]一种锻钢活塞的有限元建模方法

说明书

本发明公开了一种锻钢活塞的有限元建模方法,包括如下步骤：1)建立活塞三维模型，将活塞环体和活塞本体一起做出，其中上部为焊接区，下部为配合区；2)在活塞环体的任意部位用分割面将活塞环体分割成上下两部分；3)将建好的活塞三维模型导入有限元分析软件，首先用“布尔粘接”命令将活塞环体上部和活塞环体下部两部分粘在一起，然后用“布尔相加”命令将活塞环体上部与活塞本体相加，并划分网格；后续加载计算，对配合区建立接触，体现出配合区两侧的配合关系。本发明中能真实地呈现出单焊缝激光焊整体锻钢活塞的焊接区和配合区的连接关系，有利于后续分析计算，使分析结果更准确。

技术领域

本发明涉及有限元分析建模领域，具体涉及一种锻钢活塞的有限元建模方法，本发明能够准确体现单焊缝激光焊整体锻钢活塞中焊接区和配合区连接方式。

背景技术

随着高功率、低油耗、低排放的要求，发动机爆发压力也随之提升，这对活塞性能提出了更高的要求。传统的铝活塞虽然应用广泛，但是其性能在很多领域已满足不了发动机的高强化要求，采用锻钢活塞代替传统的铝活塞是提升发动机性能的必然选择。

单焊缝激光焊整体锻钢活塞是常用的锻钢活塞结构之一，其在结构上包括活塞环体和活塞本体两部分，两者通过焊接区和配合区连接成型。焊接区即焊缝位置，位于冷却油腔上部的活塞环体与活塞本体接触处；配合区位于冷却油腔下侧的活塞环体与活塞本体接触处，配合区为一个阶梯面或齿形啮合面。

在单焊缝激光焊整体锻钢活塞结构设计中，焊接区是将活塞环体与活塞本体焊接为一体，体现在有限元模型中就是焊缝两侧共享节点、存在拓扑关系；配合区是活塞环体与本体存在配合关系，并非简单的连接为一体，而是接触关系，体现在有限元中就是配合区两侧不共享节点、不存在拓扑关系。现有技术中的建模方式是将焊接区和配合区进行“布尔粘接”或建立接触对，这两种方法均无法真实的呈现出活塞环体与活塞本体的连接关系，在有限元建模中，要真实地呈现出单焊缝激光焊整体锻钢活塞的焊接区和配合区的连接关系，才有利于后续分析计算，使分析结果更准确，现在如何在有限元建模中真实地呈现出活塞环体和活塞本体在焊接区和配合区的连接关系成为行业需要解决的一大难题。具体说明如下：

现有技术中常用的有限元建模方法有两种：一是利用有限元软件中的“布尔粘接”命令将锻钢活塞的活塞环体和活塞本体粘在一起，这样焊接区和配合区的两侧都共享节点，都存在拓扑关系；二是在焊接区和配合区建立接触对，这样焊接区和配合区的两侧都不共享节点，都不存在拓扑关系，仅为配合关系。而单焊缝激光焊整体锻钢活塞的实际连接关系为焊接区两侧共节点、有拓扑关系，配合区两侧相对独立、不能存在拓扑关系。以上两种方法存在的问题是：都不能准确的呈现出单焊缝激光焊整体锻钢活塞的焊接区和配合区的相对位置关系，从而导致有限元分析时不能真实的反映出活塞环体与本体连接部位的应力及变形情况。

发明内容

本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺点，提供一种锻钢活塞的有限元建模方法。本发明中的有限元建模方法区别于传统的将单焊缝激光焊整体锻钢活塞的焊接区和配合区进行“布尔粘接”或者在焊接区和配合区建立接触对的操作方法，能真实地呈现出单焊缝激光焊整体锻钢活塞的焊接区和配合区的连接关系，有利于后续分析计算，使分析结果更准确。解决了现有技术的单焊缝激光焊整体锻钢活塞有限元建模方法无法真实的呈现出活塞环体与本体的连接关系，导致有限元分析结果不准确，不能真实的反映出活塞环体与本体连接部位的应力及变形情况的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种锻钢活塞的有限元建模方法,包括如下步骤：

1)建立活塞三维模型，将活塞环体和活塞本体一起做出，其中上部为焊接区，下部为配合区；

2)在活塞环体的任意部位用与活塞轴线垂直的分割面将活塞环体分割成上下两部分；