压缩机活塞环由聚四氟乙烯(简称PTFE)材料制备而成，工作过程中，它填充于气缸套和活塞之间，其靠近吸气口的端面在吸气排气压差的作用下，大部分都紧贴活塞，这里吸气压力为1.45MPa(表压，以下同)，排气压力为3.2MPa。活塞环外径514.3mm，内径466.8mm，与活塞贴紧部分的圆环外径499.8mm，轴向厚度为12.8mm。为便于安装与密封避免漏气，该活塞环采用开口非闭环结构。
      实际强度分析中，考虑到活塞环与气缸壁以及活塞的相互作用，对其结构与载荷进行了适当简化，主要体现在：①工作过程中，活塞环在高温环境下(800℃)会膨胀与气缸套接触，因此其径向变形会受到约束，但在充分润滑的情况下，活塞环与气缸套之间的摩擦力很小，因此简化模型忽略了活塞环的轴向摩擦力，②该活塞环是一个准轴对称实体，考虑到载荷及形状的对称分布，根据弹性力学相关原理，有限元分析计算模型只取活塞环的1/2，简化的活塞环三维力学模型见图。
      1)图中边界1是模型内部对称截面，因此笛卡尔坐标系下，它的X向、Y向位移都应为零，2)边界2为活塞环的外侧面，由于它受到气缸套的约束，因此在圆柱坐标系下，其径向位移将受约束，3)边界3是活塞环端面与活塞紧密接触的部位，该端面将受到来自活塞的约束，轴向z的位移为零，4)边界4是活塞环端面未受约束的部分区域，承受压缩机均布吸气压力p=1.45MPa的作用，5)边界5是活塞环的内侧面，承受排气压力P=3.2MPa的作用，为均布载荷，6)边界6是活塞环的自由端面，承受均布排气压力p=3.2MPa的作用。计算模型的网格划分采用Solid45空间六面体单元(8节点)。活塞环三维实体建模后，进行自下而上的网格划分与优化，并对与活塞接触的局部区域作了网格细化，共划分得2340个单元，含4098个节点，具体网格分布由图给出。
      整个开孔平盖的实体建模、网格划分以及求解都是通过国际通用有限元强度分析软件ANSYS来完成。利用活塞环简化力学模型计算得到的有限元结果参见图，图中给出了活塞环的应力强度分布。从图中可以看出，在活塞环与活塞接触的边缘区域存在一定的应力集中，并以此为界沿径向降低，这与活塞环的实际受力情况相符。同时观察发现，最大应力点出现在活塞环端部横截面上，这是由于简化力学模型将此处处理为固支所致。有限元结果评定中，首先要依危险路径进行线性化处理，然后再根据JB473-2005分析设计标准进行分类组合评定。这里通过最大应力点沿厚度方向(即轴向)作线性化路径，具体见图。该路径上的一次总体薄膜应力强度SI、一次薄膜、一次弯曲应力强度SIQ以及一次加二次应力强度SW的分布由JB4732-2005列示。从JB473-2005可以看出，最大应力强度出现在边界面6一侧，对应的数值分别为4.733MPa、5.198MPa和5.198MPa，而聚四氟乙烯(简称PTFE)材料的设计应力强度等于5.0MPa，因此上述应力均远小于或接近它们对应的许用极限。由此根据JB473-2005分析设计标准可知活塞环在当前力学模型下强度安全。同时由于活塞环与活塞接触的边缘存在剪切风险，因此这里提取了有限元节点解，Z向剪切力的应力分布云图参见图。从图中可以看出，最大轴向剪应力为0.911873MPa，远小于PTFE材料的许用剪应力2.5MPa，同时与前面改进活塞环的轴向剪应力的理论计算结果0.984MPa吻合较好，误差不超过8%。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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