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二甲醚(DME)是一种来源广泛的含氧清洁燃料,有望成为主要的内燃机代用燃料。而DME发动机的活塞作为其重要的零部件之一,它不仅承受很高的机械负荷和热负荷,而且还工作在高速、强烈磨损的条件下,其可靠性直接影响到发动机整机的综合性能。本文采用试验测量与数值模拟相结合的方法,对DME发动机活塞的温度场和热-应力分布进行了深入地研究,以便为DME发动机性能优化和活塞结构的设计改进提供科学依据。在广泛查阅国内外相关文献的基础上,分析比较了各种发动机活塞温度测量方法的优缺点,确定采用硬度塞法开展发动机活塞温度的试验测量,并就硬度塞法测温原理、硬度塞规格及其测点布置、硬度塞安装技术要求,以及HV-T标准曲线的制作等关键技术进行了深入地论证分析。在此基础上,建立了DME发动机试验台架。通过对不同工况DME发动机运转性能的对比分析,确定了DME发动机活塞温度测试的技术条件。用硬度塞法分别测量了柴油机和DME发动机在相同工况活塞表面温度的分布情况,对发动机燃用两种燃料的活塞表面温度分布进行了对比分析。结果表明,在相同运转工况下,DME发动机活塞的热负荷要低于柴油机。根据试验实测的发动机示功图,运用Waston零维燃烧模型,计算出柴油机和DME发动机的放热率和缸内温度随曲轴转角而变化的规律,从缸内燃烧放热的源头上揭示出DME发动机热负荷较柴油机小的根本原因。应用Pro/E软件建立了活塞实体的三维数字化模型,并运用Hypermesh软件对其进行网格划分,生成36954个结点,198594个计算单元;利用ANSYS软件的热分析模块和耦合场分析等模块完成了边界条件施加以及活塞的有限元分析等工作。计算得到的活塞温度场与试验实测结果基本一致。本文最后还就DME发动机活塞在温度和机械载荷共同作用下的综合应力和应变进行了三维有限元分析。结果表明,在原型机的负荷范围内,DME发动机活塞所受的综合应力和应变均在材料设计要求的范围之内。