学生：刘榆璟 指导教师：覃文洁 企业导师：安丰玲
随着近年来内燃机功率的不断提高，其结构设计就要求具有承受更高的机械负荷和热负荷的能力。活塞销孔作为承受活塞销挤压和变形的部位，承受着活塞中最大的机械应力。而优化活塞销孔应力分布，改变活塞销孔结构的异型销孔能够有效减小应力集中，提高承载能力和可靠性，防止活塞销孔产生开裂和磨损等问题。
针对双港活塞公司某汽油机铝合金活塞的销孔座的应力集中问题，运用有限元法研究了不同种销孔异型结构对销孔棱缘应力的影响。首先在三维造型软件SolidWorks中建立了内燃机活塞的三维模型，然后运用有限元分析软件ABAQUS划分网格，确定边界条件，进行了活塞在热负荷以及机械负荷条件下的应力和变形计算，发现该型号活塞在没有进行销孔结构异型设计的情况下销孔棱缘应力过大。之后，进行了活塞销孔结构异型型线的优化设计、设计了不同尺寸的圆锥形异型型线，并将优化后的活塞结构模型重新进行了有限元分析，结果表明经过优化之后活塞销孔的应力集中得以改善，销孔表面的应力峰值降低得到了能有效降低销孔应力集中的圆锥形异型型线尺寸。课题的研究结果可为今后活塞销孔结构设计提供参考。
14号销孔型线的温度场
活塞销孔棱缘应力分布图
学生：马康康 指导教师：刘兴华 企业导师：赵淑国
在活塞的加工生产过程中，由于精度要求高、工艺系统复杂、工序多，对其生产流程的组织、自动化生产的控制系统的设计等很有挑战。结合双港活塞公司的实际生产状况，对各工序的生产节拍特性进行研究，便于分析影响活塞生产效率的主要环节；对活塞自动化生产线的合理布置，生产物流的优化和重构，人员的合理配备可以提供一定的科学依据。
以企业的活塞自动化生产线为研究对象，通过witness建模仿真，研究了其加工周期、生产节拍等特性，分析了活塞生产中影响生产效率的主要环节。并针对活塞自动加工中的上下料机械手的动作要求，设计了一种基于PLC的机械手控制系统，利用PLC基本单元的定位控制功能，对控制系统的控制模式进行了改进，这对降低控制系统的成本有一定意义。
Witness模型
基于PLC的桁架自动线控制系统控制模式
学生：马远骋 指导教师：程颖 企业导师：丁明祝
活塞的抗疲劳设计直接影响到内燃机的经济性、可靠性和有效寿命，近年来，在活塞疲劳寿命分析和可靠性设计方面的研究越来越受到企业和学者们的重视。针对双港活塞公司的某型汽油机活塞出现顶面裂纹、环岸断裂等失效现象，探讨活塞疲劳的主要影响因素，并开展抗疲劳设计研究，有助于对活塞进行结构改进，提高其疲劳寿命满足使用要求。
研究采用了有限元仿真分析的方法对活塞进行热机耦合仿真分析、结构改进和疲劳寿命预测三项主要工作。首先对该型活塞的温度场和热机耦合应力场进行仿真分析，通过了解活塞的温度场和热机耦合应力分布情况，进而分析活塞疲劳失效的主要影响因素，最后对活塞进行结构设计改进和寿命预测。
根据热机耦合计算结果及活塞的实际失效情况，对活塞进行了结构改进，并对改进后的活塞进行热机耦合仿真分析。计算结果表明，改进后活塞所受应力整体下降，最大应力值降低了41MPa，有效减少了应力集中，验证了活塞改进设计的合理性。
利用ANSYS中Workbench的疲劳分析模块对改进后的活塞进行寿命预测。通过绘制载荷谱和修正S-N曲线等分析步的设置，最后计算出活塞的疲劳寿命为1.2*107次，最后得出了改进设计后活塞的可靠性符合设计要求的结论。
活塞的疲劳寿命分布云图
学生：王桢 指导教师:程颖 企业导师:臧倩
山东双港活塞股份有限公司对原有柴油机活塞进行了扩缸改进，新型活塞投入生产中一段时间发现大量活塞失效事故，表现为第一环岸和第二环岸局部断裂，见下图。针对企业出现的燃烧室偏置活塞环岸断裂问题，参考国内外相关研究，进行有限元计算，研究不同措施对活塞环岸可靠性的影响，对从结构上检验活塞是否有缺陷并为结构改进提供一定的理论依据。
针对活塞环岸断裂问题，首先运用有限元软分析了原型活塞的温度场和应力场，得出环岸断裂是由于环槽区应力集中引起的；进而提出集中改进措施并进行研究，主要包括增大环槽圆角、增加环岸高度、增设隔热槽、降低冷却油温、增设铸铁镶圈和表面处理，通过有限元仿真对比活塞温度场和应力场，得到以下结论：
1）活塞环岸断裂点为应力集中点，环岸断裂是由于应力过大，超过此温度下屈服极限；机械应力在环槽处应力占主要部分。
2）通过本文研究及参考类似文献，本文提出的结构改进措施为：一方面通过设计改善应力分布，例如燃烧室尺寸设计等，另一方面通过增大环槽圆角减小应力集中和活塞顶部增加热障涂层降低温度，增加可靠性。
3）增加环岸高度、增加隔热槽和镶圈可以提高可靠性，但考虑到实际情况，不推荐采用这两种措施；冷却油温对应力分布无明显影响。
温度场分析
应力场分析
学生：吴高强 指导教师：何旭 企业导师：侯其杰
柴油机在工业、农业、国防等各个重要的领域都发挥着极其重要的作用。不同形状的燃烧室对缸内气体流动和液相燃油分布有着重要影响，进而决定了混合气的形成和燃烧排放特性，因此研究柴油机燃烧室形状，分析其对燃烧和排放性能的影响，对于提高柴油机的燃烧和排放特性尤为重要。
针对企业ZS1115 型柴油机，针对偏心圆ω 型缩口燃烧室A和偏心六边形直口燃烧室B，研究在压缩和做功冲程中的缸内气体流动、燃油分布和排放情况。主要的研究内容如下：
1）运用建模软件 Solidworks 对 ZS1115 型偏置的圆ω 型缩口燃烧室和六变形直口燃烧室进行建模,确保两燃烧室压缩比相同。
2）运用仿真分析软件 CONVERGE 对两种形状燃烧室进行不同喷雾角度的仿真计算，分析两种燃烧室的最优喷雾角度。
3）对两种燃烧室的缸内气流流场进行分析。结果表明：燃烧室 A 中形成挤流和逆挤流，但缩口较小挤流不强烈。燃烧室 B 中形成逆挤流，紊流较强。B 中底部凹坑较大涡流强，持续期长。
4）不同喷雾角度情况下混合气浓度场和燃烧进行分析。结果表明：燃烧室A 中燃油分布均匀，对燃烧初期有利。燃烧室 B 中紊流、微涡流及凹坑中的涡流，使得整个燃烧过程中性能较好，燃烧最高温度、压力较高。
5）对优选喷雾角度下排放分析。结果表明：燃烧室 A 有更低的 NOx，碳烟含量较高。燃烧室 B 结果相反。
学生：张永哲 指导教师：李向荣 企业导师：李为刚
随着计算机技术的进步，通过模拟仿真软件对发动机进行性能仿真分析，为发动机的设计优化提供理论基础，已成为现代发动机研究中的发展趋势及关键的技术研究手段。结合双港活塞公司为某型汽油机设计相匹配的活塞的需求，在主机厂给予的汽油机状况要求下，对该型汽油机进行性能仿真计算，用以提供燃烧室周边零部件热负荷、机械负荷计算的边界条件数据，为活塞的设计做好准备工作。
应用发动机模拟软件 GT-POWER 建立了所研究的四缸四冲程自然吸气式汽油机的一维仿真模型，并对所建模型进行了校核与验证。基于所建模型，进行了工作过程的性能仿真分析，并依据功率、扭矩、示功图等曲线，研究了不同工况对该汽油机的性能和缸内过程的影响情况。并得出了燃烧室周边零件热负荷、机械负荷计算的边界条件，为之后活塞的优化研究提供相关数据。
进、排气系统建模
整机模型
审核： 张卫正、刘兴华