[發明專利]一種鍛鋼活塞的有限元建模方法

有效

• 申請號: 202011187900.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112307582B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 張俊青;劉世英;郭慶元;趙旭東;李猛猛;賈艷;孟棟棟;吳義民;石小明;馬學軍
• 申請（專利權）人: 濱州渤海活塞有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 韓廣超

本發明公開了一種鍛鋼活塞的有限元建模方法,包括如下步驟：1)建立活塞三維模型，將活塞環體和活塞本體一起做出，其中上部為焊接區，下部為配合區；2)在活塞環體的任意部位用分割面將活塞環體分割成上下兩部分；3)將建好的活塞三維模型導入有限元分析軟件，首先用“布爾粘接”命令將活塞環體上部和活塞環體下部兩部分粘在一起，然后用“布爾相加”命令將活塞環體上部與活塞本體相加，并劃分網格；后續加載計算，對配合區建立接觸，體現出配合區兩側的配合關系。本發明中能真實地呈現出單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的焊接區和配合區的連接關系，有利于后續分析計算，使分析結果更準確。

技術領域

本發明涉及有限元分析建模領域，具體涉及一種鍛鋼活塞的有限元建模方法，本發明能夠準確體現單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞中焊接區和配合區連接方式。

背景技術

隨著高功率、低油耗、低排放的要求，發動機爆發壓力也隨之提升，這對活塞性能提出了更高的要求。傳統的鋁活塞雖然應用廣泛，但是其性能在很多領域已滿足不了發動機的高強化要求，采用鍛鋼活塞代替傳統的鋁活塞是提升發動機性能的必然選擇。

單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞是常用的鍛鋼活塞結構之一，其在結構上包括活塞環體和活塞本體兩部分，兩者通過焊接區和配合區連接成型。焊接區即焊縫位置，位于冷卻油腔上部的活塞環體與活塞本體接觸處；配合區位于冷卻油腔下側的活塞環體與活塞本體接觸處，配合區為一個階梯面或齒形嚙合面。

在單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞結構設計中，焊接區是將活塞環體與活塞本體焊接為一體，體現在有限元模型中就是焊縫兩側共享節點、存在拓撲關系；配合區是活塞環體與本體存在配合關系，并非簡單的連接為一體，而是接觸關系，體現在有限元中就是配合區兩側不共享節點、不存在拓撲關系。現有技術中的建模方式是將焊接區和配合區進行“布爾粘接”或建立接觸對，這兩種方法均無法真實的呈現出活塞環體與活塞本體的連接關系，在有限元建模中，要真實地呈現出單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的焊接區和配合區的連接關系，才有利于后續分析計算，使分析結果更準確，現在如何在有限元建模中真實地呈現出活塞環體和活塞本體在焊接區和配合區的連接關系成為行業需要解決的一大難題。具體說明如下：

現有技術中常用的有限元建模方法有兩種：一是利用有限元軟件中的“布爾粘接”命令將鍛鋼活塞的活塞環體和活塞本體粘在一起，這樣焊接區和配合區的兩側都共享節點，都存在拓撲關系；二是在焊接區和配合區建立接觸對，這樣焊接區和配合區的兩側都不共享節點，都不存在拓撲關系，僅為配合關系。而單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的實際連接關系為焊接區兩側共節點、有拓撲關系，配合區兩側相對獨立、不能存在拓撲關系。以上兩種方法存在的問題是：都不能準確的呈現出單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的焊接區和配合區的相對位置關系，從而導致有限元分析時不能真實的反映出活塞環體與本體連接部位的應力及變形情況。

發明內容

本發明就是為了克服上述現有技術存在的缺點，提供一種鍛鋼活塞的有限元建模方法。本發明中的有限元建模方法區別于傳統的將單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的焊接區和配合區進行“布爾粘接”或者在焊接區和配合區建立接觸對的操作方法，能真實地呈現出單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞的焊接區和配合區的連接關系，有利于后續分析計算，使分析結果更準確。解決了現有技術的單焊縫激光焊整體鍛鋼活塞有限元建模方法無法真實的呈現出活塞環體與本體的連接關系，導致有限元分析結果不準確，不能真實的反映出活塞環體與本體連接部位的應力及變形情況的問題。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種鍛鋼活塞的有限元建模方法,包括如下步驟：

1)建立活塞三維模型，將活塞環體和活塞本體一起做出，其中上部為焊接區，下部為配合區；

2)在活塞環體的任意部位用與活塞軸線垂直的分割面將活塞環體分割成上下兩部分；