использован метод конечных элементов и созданный на его основе
пакет прикладных программ ANSYS [6].
При генерации расчетной сетки основное внимание следует уде-
лять контактным соединениям металлического и керамического ма-
териалов, так как именно на этих поверхностях возникают импульсы
градиентов температуры, для определения которых используется урав-
нение Фурье (1). На рис. 3 в увеличенном масштабе показана конечно-
элементная разбивка в области соединения керамической вставки из
нитрида кремния и алюминиевого корпуса составного поршня. При
этом хорошо заметен воздушный зазор (
δ
≈
0
,
5
мм) в горизонтальной
плоскости, расположенный между керамическими и металлически-
ми частями поршня. В целом число элементов теплоизолированного
поршня составляет 222 852, а число узлов — 359 705. Отметим, что при
разбивке базового поршня по конечным элементам число элементов и
число узлов значительно меньше и составляют соответственно 25 116
и 43 018.
Воздушный зазор является хорошим теплоизолятором, его нали-
чие увеличивает надежность составной конструкции поршня, так как
уменьшается площадь соприкосновения между керамикой и металлом,
имеющими сильно различающиеся коэффициенты линейного расши-
рения. Однако наличие зазора, размеры которого существенно меньше
по сравнению с размерами самого поршня, усложняет разбивку по ко-
нечным элементам, увеличивает число расчетных узлов, время счета и
объем памяти компьютера. Несмотря на это, исследование теплонапря-
Рис. 3. Конечно-элементная разбивка в области соединения керамического и
металлического материалов
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2009. № 3 19
