四冲程柴油发动机活塞疲劳开裂分析

针对四冲程柴油发动机活塞开裂问题,运用失效分析方法,开展了活塞断口宏观、微观分析和金相组织分析。根据断口形貌及金相组织分析,结合理论知识,分析确定了活塞开裂的主要原因,即活塞开裂属于机械应力性质的疲劳开裂,裂纹的萌生均表现出对活塞销支座边缘与薄壁之间的R角不合理的敏感性。     

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。     

柴油机活塞内冷油道CAE优化设计

本文针对国内某款柴油机活塞在售后市场上较大范围出现活塞开裂穿孔等失效问题,对柴油机活塞内冷油道位置及结构尺寸进行优化设计,采用ANSYS软件对优化方案进行CA E模拟分析,通过对活塞温度及温度-结构耦合应力结果对比分析研究,对柴油机活塞内冷油道进行设计优化,通过台架试验和市场应用验证,有效降低了柴油机活塞开裂穿孔等失效风险和售后市场赔偿率。     

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。     

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。     

柴油机活塞燃烧室凹腔边缘的非线性有限元强度分析方法

整体式铝合金活塞仍是重型柴油机的首选设计方案。活塞制造商们一直在不断研究铝合金材料工艺,以及切削性和结构型式,以应对日益增长的热负荷及机械负荷。随着软件和数字计算机技术的进步,活塞分析方法也得以改进。现已允许根据活塞所受负荷和接触条件,对材料特性建立更大、更详细的模型,进行更复杂的模拟。20世纪70年代末,采用线弹性应力法,并结合以有限低循环疲劳数据为依据的寿命评估,首先将瞬态有限元分析法应用于柴油机活塞。这一方法为深入了解活塞,尤其是柴油机活塞燃烧室凹腔边缘处的失效机理提供了重要依据。然而,由此得出的寿命评估往往是近似的,只能用作评价替代设计和材料的一种比较工具。这种限制是由于采用线弹性应力方法的缘故,它忽略了非线性应变特性,特别在燃烧室凹腔边缘弹-塑性条件下的重要影响。与改进的分析技术相结合,应变式材料性能测量法的发展有助于对活塞合金非线性特性的进一步了解,并为建模提供重要数据。已将这些发展纳入凹腔边缘应力和应变响应的新分析法中,为寿命评估提供更加精确的方法,并为进一步改善活塞设计创造机会。     

铝合金活塞环槽的氩弧强化工艺

以铁作为活塞铝合金的强化元素之一,利用氩弧堆焊和氩弧重熔将合金元素熔入铝活塞环槽区域使其强化。研究了活塞环槽的氩弧强化工艺,分析了活塞铝合金的焊接性及氩弧强化区的成分、硬度和组织形态。研究表明,在铝活塞上用氩弧局部熔入合金元素时焊接性良好,焊缝组织均匀,堆焊层与基体结合良好。采用氩弧局部强化可提高环槽的硬度和高温耐磨性。     

基于EIC增长的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估

锈蚀和疲劳荷载共同影响下的材料复合损伤机理十分复杂,会显著降低既有钢筋混凝土桥梁的使用寿命。为了能够准确地预测锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命,通过从材料到钢筋混凝土构件的跨尺度分析,提出了一种基于材料失效机理的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估方法。该方法以断裂力学和等效初始裂纹理论为基础,并且可以同时考虑钢筋的不同锈蚀形态。结合锈蚀钢筋的疲劳拉伸试验结果,提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子表达式,结果表明随锈蚀率的增长,应力集中因子先增大后减小。然后将局部锈蚀导致的应力集中的影响融入到应力强度因子计算模型中;通过对试验数据进行拟合得到了钢筋疲劳裂纹速率增长分析模型,对该模型从等效初始裂纹尺寸到临界裂纹长度进行积分来实现钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测。为了验证本评估方法的有效性,开展了电化学快速锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验,试验梁失效形式均为受力主筋的疲劳断裂;采用扫描电子显微镜对疲劳失效后的锈蚀钢筋断口形貌进行了微观分析,对比了不同锈蚀程度下钢筋疲劳裂纹扩展形式的差异。将理论计算结果与本研究试验和已有文献中的试验值进行了比较,二者吻合较好,可为日后钢筋混凝土桥梁的腐蚀疲劳寿命评估提供科学依据。     

不同金相等级活塞的有限元分析

活塞材料的微观金相结构对活塞工作性能具有重大影响。通过试验检测不同金相等级活塞的物理及机械性能,并采用有限元软件ANSYS对不同活塞的温度场、热应力场、热机耦合场进行模拟分析,研究活塞金相差异对活塞热负荷和热机负荷的影响。结果表明,随着微观金相等级的降低,活塞最高温度、最大热机耦合应力和最大变形量均呈现增大趋势,活塞最大许用应力呈现减小趋势,活塞可靠性呈现下降趋势。     

发动机气门几种常见的失效案例分析

由于发动机气门的工作环境恶劣,在实际工作过程中经常发生失效,针对气门烧蚀、机械疲劳、伴随高温氧化的热疲劳以及热应力开裂几种常见的失效模式,借助样件的宏观及微观形貌、断口形貌、金相组织变化失效特征,分析了气门损伤机理和原因,并针对具体失效原因,提出了改进的建议和方案.     

汽车悬置螺栓断裂失效分析

为查找某汽车安装螺栓的断裂原因,对螺栓进行了断口宏观、SEM电镜、化学成分、金相组织分析,并对同批次完整螺栓进行了力学性能测试。在各项理化试验的基础上,结合微观断口的形貌和断裂机理对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明：螺栓螺纹表面存在微裂纹是螺栓断裂的主要原因。     

变工况下的发动机连杆动态应力与疲劳损伤分析

以发动机曲柄连杆机构为研究对象,基于柔性多体动力学理论,建立了活塞、连杆、曲轴和飞轮的刚柔耦合动力学模型,分别计算了发动机稳态工况与变工况下的连杆应力,并对连杆危险节点的应力时间历程进行了雨流计数和疲劳损伤计算。结果表明,发动机在变工况运行时,连杆危险节点应力变化幅值相对稳态工况增大,加速了连杆的疲劳破坏。     

Free piston engine generator: Technology review and an experimental evaluation with hydrogen fuel

Free piston engine generators which utilize a free piston engine and a linear generator are under investigation by a number of research groups around the world. Free piston engines give power output in a more efficient way when compared to conventional crankshaft engines, because the former do not have a crank mechanism which brings about additional mechanical loss. However, for the reliable and stable operation of the free piston engine generators, it is required to have a viable control system to address the uncertainty of piston motion. In this paper, most of the successful free piston engine generator developments were reviewed and a recent experimental result on a prototype free piston system was also presented with regard to engine performance with different mixture preparation strategies.     

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。     

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。     

Approach to minimization of piston slap force for noise reduction – investigation of piston slap force by numerical simulation

Impact force caused by piston slap is one of the major mechanical noise sources in a diesel engine. The optimization of piston pin offset for impact force reduction has been reported by many researchers. However, if a modification has large effect at idling, high-speed noise tends to increase and vice versa. It was very difficult to reduce piston slap noise at all engine speeds. In this paper, the mechanism of the piston slap was investigated precisely utilizing numerical simulation. Simultaneous noise reduction in the conditions of both idling and high speed was achieved successfully by optimizing the piston's center of gravity as well as piston pin offset. Furthermore, engine sound quality was also significantly improved.     

增压直喷汽油机配气相位确定方法的研究

针对增压直喷汽油机的特点,设计了配气相位的目标要求及确定方法,对常用工况进行了热力学分析,设计了满足目标要求的气门升程曲线,结合怠速稳定性和气门与活塞运动干涉的研究,确定了配气机构安装相位。试验表明,该分析方法在怠速时可实现怠速转速波动率有效下降,且在各转速工况实现VVT相位变化最大,避免气门与活塞的运动干涉。     

液压油缸安装装置设计

针对装载双作用液压油缸的专用车辆在液压油缸安装过程中经常出现用力不均造成液压油缸活塞杆弯曲和密封件失效等问题,设计了一种液压油缸安装装置,有效地解决了安装中的问题,提高了安装质量和装配效率,确保了介质的清洁度,延长了液压系统的使用寿命。