铝合金活塞低周材料性能表征及寿命预测

以柴油机铝合金活塞为研究对象,开展了活塞铝合金材料的低周疲劳试验。对活塞铝合金材料塑性性能采用Ramberg-Osgood模型进行了表征,表征参数经仿真验证与测试数据吻合良好。对活塞铝合金材料低周疲劳性能采用塑性应变能理论模型进行了表征,在双对数坐标系下,铝合金材料的塑性应变能与寿命呈良好的线性关系。对铝合金活塞在柴油机低周考核工况下的非线性承载特性进行了研究,根据活塞在第5个周期时的应力应变关系曲线进行了低周疲劳寿命预测,结果表明:活塞在燃烧室喉口部位低周疲劳寿命最低,为低周疲劳危险部位,在活塞的材料考核及结构设计中应重点考虑。     

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。     

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.     

轮胎尺寸对汽车结构疲劳累积损伤影响研究

基于结构耐久试验工况,通过六分力设备与底盘杆系所采集的整车道路载荷谱,应用动力学载荷分解方法获得虚拟随机载荷谱,对车身结构进行应力分析和疲劳累积损伤计算。在底盘关键位置布置传感器,同时在车身结构中CAE疲劳分析所对应的5个高应力区粘贴应变片,先后采用3套不同尺寸参数(包括胎高和胎面宽度)的轮胎以相同的耐久工况(同一个试验场,试验路面及对应的速度相同)来进行实车载荷对比测试。针对车身结构载荷幅值、频域进行分析,并基于雨流循环计数对车身和底盘件进行疲劳累积损伤计算与分析。整车实际测试的结果表明,CAE所预测到的损伤(裂纹)位置及其里程数与路试结果相吻合;在同样使用条件下,轮胎内径越大,车身结构和汽车底盘的寿命越低,已经可进行量化对比。     

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。     

国际现行钢结构公、铁路桥梁疲劳设计规范综述

桥梁达到设计寿命的关键之一是有足够的疲劳强度.对比美国、英国、欧盟和日本规范中钢结构桥梁疲劳设计核心得出:疲劳安全判定准则相同;基本分析计算的标准疲劳动载车型数量上有不同,但无实质区别;均采用米诺累积损伤准则进行多峰值载荷循环条件下的疲劳设计;均进行疲劳强度等级划分,并给出相对应的S～N曲线修正;载荷阻力因子设计通过采用精细的安全系数使疲劳破坏概率在可接受的范围.对疲劳设计准则:英国对公路桥采用三级循序渐进、疲劳应力和使用年限控制相结合法;美国采用分别对应常规、极限工况强度的准则Ⅰ、Ⅱ;欧盟采用绝对安全设计和损伤容限设计法;与美欧不同之处是日本采用带有2个疲劳稳定极限的S～N曲线.提出需对拉伸平均应力效应、疲劳稳定极限、定量的低周疲劳计算等方面进一步研究.     

不同工况下的缸盖低周疲劳对比分析

利用有限元方法,基于sehitoglu低周疲劳损伤模型,针对稳态温度场和瞬态温度场两种工况对某发动机缸盖进行低周疲劳分析对比。分析结果表明,瞬态温度场工况下的缸盖低周疲劳寿命远低于稳态温度场工况下的疲劳寿命。     

热机耦合作用下发动机缸盖结构强度及疲劳研究

以某缸盖为研究对象,开展额定工况下的热平衡试验,并基于流-固耦合方法对水套的流场和缸盖的温度场进行分析。对缸盖由热载荷与机械载荷产生的耦合应力场进行求解,确定缸盖鼻梁区为应力危险点。缸盖爆压工况下的高周疲劳安全系数和起停工况下的低周疲劳寿命计算结果表明:考虑热机耦合与不考虑热机耦合的疲劳计算结果差别很大,热机耦合作用不可忽视。     

基于瞬态响应的柴油机缸盖多轴应力分析

为了给缸盖的疲劳寿命预测提供准确的边界条件,以某型柴油机缸盖为研究对象,运用Ansys有限元分析软件,采用直接积分法对其进行了标定工况的瞬态计算,并将计算结果与有限元静力学分析结果进行了对比。考察瞬态计算得到的应力多轴状态,研究高应力梯度部位多轴应力的变化趋势,结果表明:气缸盖在工作时,结构上的多轴比例载荷与多轴非比例载荷状态共存。     

悬架下摆臂的疲劳寿命分析

根据汽车悬架下摆臂所受的极限静载工况下的结构应力分析、道路载荷作用下的疲劳损伤分析和常用行驶工况下的疲劳寿命等分析,采用CAE与台架和道路试验相结合的方法,从多体动力学得到载荷值,应用“惯性释放法”获得不同工况下,下摆臂的应力分布特征;据此确定易出现疲劳损伤的部位,为下摆臂探索出一种一体化疲劳寿命分析方法;采用该方法对某型汽车下摆臂进行分析的结果表明,受到的应力下降1OMPa时,疲劳寿命约能提高1倍.     

二甲醚发动机活塞温度的测量研究

用硬度塞法分别测量了相同工况下二甲醚(DME)发动机和柴油机的活塞温度分布,测量结果表明,90%标定负荷工况时,DME发动机活塞顶部和火力岸处表面温度为255℃～290℃,比同工况下柴油机要低20℃～40℃,燃用这两种燃料的活塞温度分布情况及其变化趋势则基本相同。采用零维燃烧模型对DME发动机与柴油机的燃烧放热规律和缸内温度变化历程进行了预测分析,计算结果表明,在相同工况下DME发动机的热负荷低于柴油机,这是导致DME发动机活塞温度较柴油机低的根本原因。     

柴油机喷油嘴三维有限元热分析

提出了确定柴油机喷油嘴传热边界条件的方法,用该方法建立了某柴油机喷油嘴的传热边界条件,并对喷油器工作时喷油嘴的复杂热负荷进行了三维有限元分析,得出了喷油器工作时喷油嘴的温度场、热变形及热应力。     

Establishment of engine test method for evaluating detergency performance of automobile diesel engine oils

A joint program between JALOS (Japanese Lubricating Oil Society) and JASO (Japanese Automobile Standards Organization) has established a “next generation” piston detergency test method for diesel engine oils aimed at impending low emission diesel engine hardware in Japan. Three test methods were examined with three different engines. The results showed that each method could discriminate the performance level of the oils tested. Finally, the IDI (NA) engine of Nissan Diesel TD25 was chosen for the new JASO detergency test method. As well as having high-temperature and high-load test conditions it has the twin advantages of easy handling in operation and good availability of engine parts for the future.     

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。     

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。     

叠加封口式活塞环在柴油机上的应用研究

针对目前常用活塞环在使用过程中存在的问题,设计了一种叠加封口式活塞环,它由上下两片楔形的单片环组合成一组气环。分析了新型活塞环提高气缸密封性能的机理,通过对单缸和整机柴油机性能对比试验证明,该活塞环具有降低燃油消耗和机油消耗、提高活塞环寿命、降低排放的特点,对提高柴油机的综合性能作用明显。     

多场载荷对增压器涡轮应力的影响分析

针对某增压柴油机,运用GT-Power软件对柴油机工作过程进行仿真计算,获得增压器涡轮工作状态参数的变化规律.以柴油机某一工况为例,对涡轮进行了流—热耦合分析,得到涡轮在工作过程中所受到的热载荷和气动载荷.研究了涡轮在离心载荷、热载荷、气动载荷等多场载荷作用下的应力响应,计算了涡轮在不同载荷作用下的应力分布,并对不同应...     

压缩比在1132柴油机一维仿真计算中取值规律的研究

以WAVE软件为计算平台,以一维仿真计算中所采用的压缩比与某1132柴油机的几何压缩比之间的差别及该差别随着部分工况控制参数的变化规律为对象进行了研究。研究结果表明:一维仿真计算中所采用的压缩比与柴油机的几何压缩比之间存在着一定的差距,且工况不同时该差距按照一定的规律有所变化。该结论为使用该软件对该发动机进行进一步的优化设计有参考价值,两种压缩比之间的差距随工况控制参数的变化对于其他型号柴油机的研究也同样具有借鉴意义。