内燃机活塞的有限元分析

本文在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结构耦合分析和运行疲劳寿命分析，确定了活塞失效的主要位置，为活塞的改进设计提供了参考。     

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。     

提高铝制活塞高温耐久性的新技术

现代柴油发动机的温度和压力日益增加。因此,为了保持足够的强度储备,铝活塞必须提高高温下热力机械耐久性能。辉门采用局部后处理高载荷活塞区域的DuraBoWl技术,能够增加活塞使用寿命达4～8倍。技术挑战由于比钢活塞更轻巧,具备良好制造特性,而且生产铸铝活塞成本更低廉,因此铝活塞在当今全球汽车市场上被广泛使用。但是,当前和未来的高载荷柴油发动机发展对铝活塞材料的使用形成了挑战。为了满足客户和法规要求,发动机升功率和扭矩输出不断增加,使柴油活塞承受日益增加的缸内燃烧压力>200bar和燃烧室温度>400℃。在这样的工作条件下,在承受最高热力机械载荷的活塞区域,传     

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。     

S30减震器中活塞的摩擦磨损分析

以S30减震器活塞低速运动为研究对象,采用Solid Works软件建立了简化减震器三维模型,利用ANSYS workbench软件对减震器做了静力学接触应力运动仿真分析。结果表明:减震器活塞在低速工况下,侧向力为零的节点处载荷增大致使活塞裙部应力集中发生变形严重;最终得出,活塞磨损状况随侧向力为零时所受载荷增大加剧。     

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。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

20Cr活塞销裂纹分析与对策

活塞销在曲柄连杆机构中是连接活塞和连杆的一个重要零件,其工作条件十分复杂,在运动时相当于双点支承梁,承受非对称交变载荷和一定的冲击载荷,其表面长期在摩擦条件下工作,故要求活塞销具有足够的强度、韧性、耐磨性及疲劳极限,所以活塞销在技术要求上对热处理质量提出了严格的要求.     

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。     

基于摩擦磨损的柴油机活塞裙部型面设计

通过对国Ⅵ柴油机活塞裙部型面进行设计研究,并结合有限元和活塞动力学仿真计算,得出不同型面设计对活塞裙部侧向力、接触压力、敲击动能和磨损载荷等的影响。结果表明:采用叠加幂函数纵向型线结合修正变椭圆的活塞裙部外圆型面使活塞裙部磨损载荷降低了约47.3%,对优化裙部磨损效果十分明显。通过1 000h耐久试验,验证了仿真分析的精度和型面设计的先进性。     

基于一阶法的活塞温度场分析与优化研究

通过柴油机工作过程模型及各区域传热系数经验公式确定了活塞温度场计算的边界条件,结合一阶优化算法应用有限元软件计算分析了标定工况下该活塞的温度场分布,并通过试验数据验证了计算方法的可行性.应用此方法预测分析了柴油机最大扭矩工况下活塞的温度场分布,结合两种工况下的计算结果对活塞顶进行了优化改进,并对改进后的活塞温度场进行了仿真计算,结果显示改进后活塞的温度场基本保持稳定且消除了结构原因造成的局部温度梯度偏大的问题.     

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.     

基于C8051F310的内燃机活塞温度场测试系统

介绍了由C8051F310单片机组成的温度场测试系统,提出了高速运动状态下测量发动机活塞温度场的方法,利用热电测量原理和无线传输技术,实现了活塞表面多点温度的同时测量.详细阐述了测试系统的硬件电路设计和程序设计,在某活塞温度场测量中的应用表明,该系统具有较高的测试精度和可靠性.     

柴油机活塞拉缸实例分析和试验研究

针对某 4缸柴油机第 2缸出现的活塞拉缸事故 ,采用硬度塞法对其活塞温度场进行了实机测量 ,对活塞燃烧室底部烧穿的样品进行了金相分析。经分析表明 ,该型柴油机活塞的工作温度状态在标定功率下已达到了安全极限。最后从加强对活塞的冷却散热角度出发 ,提出了改进措施 ,并进行了实机试验     

CA488型发动机活塞温度场及热应力的有限元计算分析

根据ＣＡ４８８型发动机原设计后活塞的结构形状，建立了三种活塞计算模型，并采用有限元法计算分析了这三种活塞的温度场，热变形及热应力，在建立计算模型时由于考虑了防胀钢片的销孔偏心的影响，并采用了等参三维实体单元，从而避免了平面二维模型严重失真的问题。     

风冷汽油机缸盖及活塞不稳定传热研究的对比

结合CUB1004行程汽油机,在试验研究与模拟计算基础上,对过渡工况下缸盖及活塞的不稳定传热进行了对比研究。建立了缸盖及活塞三维有限元不稳定传热计算模型,获得了过渡工况下其表面温度变化特性,并对缸盖及活塞研究方法进行了对比,获得了一些有意义的结论。     

活塞振荡冷却的数值模拟计算及温度场分析

利用CFD动态网格层变法建立了活塞振荡冷却的瞬态计算模型,并应用VOF模型对活塞的振荡冷却进行了瞬态数值模拟计算。分析了活塞在不同位置时油腔内冷却油的流动情况,得到了内冷油腔的机油填充率、壁面传热系数等随曲轴转角的变化规律。为验证其冷却效果,提取了内冷油腔壁面的换热边界,对活塞的温度场进行了有限元模拟计算,并与试验结果进行了对比,为活塞的优化设计提供了依据。     

活塞材料的应用及发展

文章对内燃机活塞用材料的应用及发展作了详尽的介绍,对几种活塞材料的性能、优缺点、适用范围进行了分析和叙述。分析指出,短期内铸铁和铝合金活塞仍将在内燃机活塞制造中发挥主导作用,从长期发展来看,复合材料将是内燃机材料活塞发展的趋势。     

柴油机活塞组耦合模型有限元分析

建立了活塞、活塞环、活塞销和缸套的耦合模型，采用接触对、设定接触热阻的方法对耦合模型进行了二维和三维瞬态温度场的分析。对采用接触模型和粘贴方式模型的分析结果做了比较。对活塞组的机械负荷及热负荷做了耦合场静态分析。