1. 3 參數化有限元計算程序及輸出接口
   
    參數化有限元計算程序根據輸入的參數值，依次進行物性參數設置、三維幾何建模、網格設置及自動劃分、邊界條件附加、分析類型及輸出設置、執行計算，計算流程如圖 2 所示。這一系列任務由各自模塊獨立完成，最終形成輸出結果文件。輸出處理程序依據計算目標、輸入的參數值，通過對輸出結果文件的查詢，完成最終結果的輸出。在特殊工況下的活塞熱負荷分析是一個變參數的計算分析問題，通過本計算程序邊界條件的輸入接口，輸入相應工況下的邊界條件，便能實現對活塞熱負荷的計算分析，避免了對活塞復雜模型的操作和處理過程，既減少了人為干預的錯誤，又大大提高了分析效率。
   

    2 邊界條件的模擬應用
   
    活塞熱負荷分析的邊界條件，主要分為活塞頂部、環岸、活塞環區、裙部、底腔 5 個區域。以 490 型柴油機標定工況下的示功圖為基礎，計算出各邊界區域的平均邊界值，然后依據內燃機熱負荷及傳熱理論、活塞結構及運行特點進行各區域的具體布置。在特殊工況下，不同區域的邊界值發生明顯變化，對活塞的溫度場、熱變形產生顯著影響。
   
    2. 1 運行工況對活塞頂面與燃氣換熱系數的影響
   
    運行工況主要指內燃機運行過程中的負荷及速度的影響。一般情況下，平均有效壓力 Pe 加大，將使缸內燃氣密度加大，溫度升高，造成對流及輻射換熱增強；轉速 n 值增大，則使缸內氣流擾動加大，對流換熱增強。總之，高速高負荷工況是對流及輻射換熱的嚴重工況，依據缸內傳熱 Woschni 公式，對不同速度和負荷下總體換熱系數進行定量計算。
   
    2. 2 冷卻水與壁面間對流換熱的影響因素
   
    在水冷發動機缸壁的冷卻水一側，對流換熱系數 a 值的大小主要取決于壁面附近的流體邊界層性質。而邊界層的厚度主要取決于水流速度和缸壁的表面特性，隨著內燃機運行時間的增加及工況的變化，可能出現缸壁表面粗糙度增加，冷卻水局部流速減小甚至為零的情況。依據活塞側面綜合放熱系數多層熱阻疊加原理，計算并分析了冷卻水對流換熱系數及水溫變化對整體活塞溫度分布及熱變形的影響。
   
    3 結果與分析
   
    3. 1 標定工況下的活塞溫度場和熱變形
   
    490 型柴油機在標定工況（3 000 r/ min，滿負荷）下正常運轉時，燃燒室燃氣平均溫度為 803 ℃，平均換熱系數為 412W/ m2℃ ，將處理后的邊界值輸入參數化有限元程序，結果如圖 3 所示。
   

    由圖 3 可以看出，標定工況下，活塞的最高溫度為 255. 63℃ ，出現在頂部燃燒室喉口邊緣，頂環槽最高溫度為 224. 9 ℃ 。活塞熱變形的最大徑向位移為 0. 252 7 mm，發生在活塞頭部的銷軸垂直面上，裙部最大徑向位移為 0. 193 6 mm，發生在銷軸上部。
   
    3. 2 高速高負荷下的活塞溫度場和熱變形
   
    在高速高負荷下運轉的內燃機，燃氣溫度、活塞頂面的換熱系數均有相應的提高。依據不同負荷下的運轉工況，分別按表 2 所示熱邊界條件進行計算，結果如圖 4，5，6。從圖中可看出，隨著 490 型柴油機運行速度和負荷的增加，整體活塞的溫度和熱變形增加明顯。圖 6 為熱負荷最嚴重的第 4 種工況，此時活塞最高溫度為 288. 96 ℃，頂環槽最高溫度為 252. 57 ℃，活塞最大徑向位移為 0. 286 23 mm，裙部最大徑向位移增加到 0. 214 4 mm。