提高活塞燃烧室抗疲劳开裂性能的新途径

针对活塞燃烧室喉口开裂失效随着爆发压力提高有所增加的趋势,利用FEA技术并结合发动机耐久试验进行了异形销孔结构对燃烧室开裂影响的研究。除了热应力、材料蠕变等会引起喉口疲劳开裂外,发现活塞销孔结构对燃烧室开裂也有重要影响。异形孔结构可提高销孔承载能力,但同时提高了燃烧室边缘拉伸应力幅值,降低了顶部可靠性能,通过优化设计销孔结构可提高燃烧室及销孔承载能力。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

柴油机活塞销孔润滑特性的数值和试验研究

以不同销内径、配合间隙、销孔型线的活塞组为研究对象，以利用ANSYS计算得到的活塞温度场和变形量作为边界条件，基于弹性流体动力学润滑模型，进行多体动力学仿真计算，并结合销孔疲劳试验对活塞销孔的磨损情况进行分析。结果显示，销孔磨损一般发生在销孔内侧靠近销孔内倒角位置。活塞销的结构强度引起自身椭圆变形过大，从而使得销孔表面产生很大的接触压力，在接触压力的作用下，销孔会发生严重的磨损。随着活塞销内孔直径的增加，累计磨损载荷增大；销孔接触压力和累计磨损载荷随配合间隙的增大而减小；双曲线销孔型线更有利于销孔楔形动力润滑油膜的形成。     

弧面衬套式活塞销优化分析

为了提高弧面衬套式活塞销的寿命,降低活塞销座应力集中,利用有限元法与正交试验法相结合的方式对弧面衬套式活塞销进行优化。建立以活塞销台阶孔圆柱内径d以及两端圆柱孔长度l为变量,活塞销最大应力值为目标的正交试验,同时考虑接触应力与热应力,求得弧面衬套式活塞销结构优化最佳参数:d=14.5 mm,l=8 mm。对常见活塞销材料进行研究,运用有限元仿真分析方法对优化结果进行检验,结果表明,材料对弧面衬套式活塞的影响较小。优化后的弧面衬套式活塞销降低了活塞销座与活塞销的应力,极大地提高了弧面衬套式活塞的寿命。     

发动机活塞销孔座机械疲劳机理的研究

随着发动机爆发压力的不断提升,高功率发动机活塞销孔部位疲劳开裂失效事故频发。为此,本文中采用液压机械疲劳试验系统,对活塞销孔座分别进行"载荷"、"步进载荷"和"步进压力"3种方案的加速疲劳试验,为活塞机械疲劳机理研究提供依据。另外,通过建立活塞销孔寿命公式和评估铝硅合金的裂纹扩展速率,可有效预测活塞的使用寿命。     

活塞结构对活塞强度的影响分析

针对某型号发动机活塞断裂事故,用有限元法研完了活塞结构对活塞机械强度的影响,并进行了相关试验验证。结果表明,活塞销座圆角能够降低活塞边缘10％～20％的峰值应力;活塞销外径尺寸对活塞销座的强度影响最为明显;活塞销孔形状优化也能改善活塞销座强度,但降低了活塞销的强度。     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价

以增压柴油机振荡内冷却油腔活塞非对称性结构为研究对象,构建了全活塞-活塞销-连杆小头的有限元接触模型,分析了活塞工作条件下的导热耦合关系。确定了当量换热边界条件;进行了在机械-热负荷联合作用下的结构应力及变形分析;为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响,提出了对结构应力合理表述的应力-温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。     

镶圈内冷一体活塞的数值研究

为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响,对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验,作为温度场模拟计算的约束条件;然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果;最后,使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现,镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%,16%,其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明,镶圈内冷一体结构的应用,有效避免了应力集中现象,既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷,同时也能增强环槽的耐磨性,延长环槽下侧面的寿命。     

高负荷活塞的成型销孔

在活塞销座内传递的轴向力集中在狭窄的活塞销孔上,而该处的应力又限制了活塞的容许负荷。通过改进活塞销孔的几何形状可以提高活塞销座的承载能力,但须有一套合适的加工工艺。本文为KARL SCHMIDT有限公司的调查报告,报导了销孔形状的设计原则及其试验结果。     

基于活塞热机耦合仿真的柴油-天然气双燃料发动机替代率研究

建立了柴油-天然气双燃料发动机活塞、活塞销、连杆的有限元模型,分析了活塞在不同替代率下标定功率工况时的温度分布情况,将活塞上某些点处的仿真值与实测值进行了对比,误差满足工程要求.将温度场分布作为热机耦合的初始条件加载到活塞上,计算活塞热机耦合作用下的应力场和变形场.结果表明:活塞最高温度值出现在活塞顶部偏离燃烧室一侧,热机耦合的最大应力出现在销座内侧上部,最大变形值出现在活塞顶部偏离燃烧室的外侧,并随着替代率的增加而升高.     

车用高负荷活塞异形销孔结构发展趋势及加工技术研究术

介绍了各类异形销孔的分类及成形原理，指出非圆曲面形销孔是高速强载活塞销孔结构的发展方向。对异形销孔的加工方法及存在的问题进行了分析，指出了现有加工技术的局限性。为实现各类异形销孔的精密加工，提出了一种基于磁致伸缩材料的新型镗杆结构，并对其进行了结构优化和试验验证。试验结果表明优化结果是合理的，为异形销孔的加工提供了一条新途径。     

车用高负荷活塞异形销孔结构发展趋势及加工技术研究

介绍了各类异形销孔的分类及成形原理,指出非圆曲面形销孔是高速强载活塞销孔结构的发展方向。对异形销孔的加工方法及存在的问题进行了分析,指出了现有加工技术的局限性。为实现各类异形销孔的精密加工,提出了一种基于磁致伸缩材料的新型镗杆结构,并对其进行了结构优化和试验验证。试验结果表明优化结果是合理的,为异形销孔的加工提供了一条新途径。     

基于Pro/MECHANICA的内燃机活塞有限元分析

在Pro／MECHANICA环境下，应用有限元分析方法分别完成了内燃机活塞在热载荷和机械载荷作用下的温度场及应力场分析。并在此基础上对活塞进行热力和结构耦合分析以及运行疲劳寿命分析，确定了活塞失效的部位出现在活塞销座的上表面且靠近连杆小头的边缘部分，为活塞的改进设计提供了参考。     

基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

以活塞环-缸套为研究对象,利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型,将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来,同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素,计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗,结果表明:第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高;随着油温升高,油膜厚度显著减少,同时摩擦功耗显著减少,综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80~90℃时摩擦特性较为理想;随着转速提高,油膜厚度增加,同时摩擦功耗增加,转速对油膜厚度影响较小,对摩擦功耗有显著影响。     

活塞组件耦合作用下的气缸套变形特征分析

为评估某V型高强化柴油机气缸套的变形特征,考虑活塞组件的耦合作用,建立气缸套变形分析的有限元分析模型。采用有限元非线性求解方法对气缸套热-机耦合工况下结构变形进行求解,获得气缸套工作状态下的结构变形量,并充分说明在气缸套结构变形分析中考虑活塞组件耦合效应的重要性。分析了缸套结构纵向及不同高度截面变形特点,结果表明,缸盖螺栓预紧载荷和活塞侧向作用力对缸套缸口和活塞上止点处的截面变形影响较大,气缸套中下部截面变形相对较小,主要以椭圆变形为主。     

汽油机活塞组一气缸套整体耦合传热模型及应用

采用直接耦合的有限元分析方法对一汽油机的活塞组一气缸套系统的瞬态传热过程进行了研究。通过将润滑油膜假设为一维热阻，建立了活塞组气缸套整体耦合系统的三维传热模型，应用所开发的三维流体动压润滑分析程序对活塞环组沿周向瞬时变化的油膜厚度进行了计算与分析。以LJ377MV汽油机活塞组一气缸套零部件为对象进行了应用研究，获得了更为清晰的多部件间的相互传热关系。