基于数值模拟技术的案例教学与科研实践——组合活塞轻量化及适度隔热研究

以某高强化柴油机活塞为研究对象，采用拓扑优化方法和适度隔热技术来达到活塞的轻量化及隔热要求。将气隙隔热、陶瓷垫片隔热、组合活塞等隔热结构应用于经拓扑优化的铝合金活塞中。选取活塞顶部材料、顶部材料厚度、气隙半径和隔热片当量导热系数这4种主要影响因素进行正交实验设计和极差分析，确定影响活塞温度的显著性因素。采用满意度评价函数对各组合隔热方案进行满意度评估，从中筛选出最优方案，并对其进行热流分配分析和热应力计算。经过多学科协同教学和数值仿真训练，不仅促进了学生对专业知识的消化吸收，而且提升了学生的实践创新能力。