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。     

高铁桥梁整体式减震榫低周疲劳寿命预测

为了解高铁桥梁整体式减震榫的疲劳性能,确定其低周疲劳寿命,提出采用临界平面法和能量法组合的方法对减震榫的低周疲劳寿命进行预测。该方法以临界平面上的塑性应变能作为减震榫的疲劳损伤参量,通过坐标变换法求得减震榫在给定榫顶水平位移下最大损伤平面上的塑性应变能,然后根据塑性应变能与疲劳寿命之间的幂指数函数关系进行疲劳寿命预测。通过3个减震榫试样的低周疲劳试验验证该方法的准确性。结果表明:减震榫试样的低周疲劳预测寿命与试验寿命相差很小,提出的方法能较准确地预测减震榫的低周疲劳寿命。     

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。     

考虑机械约束的气缸盖低周疲劳试验与寿命预测

以某柴油机气缸盖为研究对象，开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作，用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中，考虑螺栓预紧载荷，结合刚度匹配计算，使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近，在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核，经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术，运用塑性应变能理论，计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命，分析表明，寿命最低的考察点位于排气鼻梁区，其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明，该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求，验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。     

柴油机活塞低周热疲劳寿命预测

以柴油机铝合金活塞为例 ,通过建立有限元计算分析模型与加速热疲劳试验 ,研究其低周热疲劳寿命 ,以局部应力—应变理论的Coffin—Manson公式和线弹性有限元理论为基础 ,总结出在热疲劳与高温蠕变相互作用下的低周热疲劳寿命预测公式 ,预测值与试验结果基本相同 ;同时又对试验结果进行分析并提出修正建议。     

改进重载铝活塞的技术

由于柴油机的平均压力水平不断提高,并且要求更长的工作寿命,用一般方法铸造的铝活塞已不再能胜任工作。为了改进重载活塞的性能,需要新的工艺和强化材料。 采用挤压铸造工艺可改善铝合金的疲劳性能,采用纤维强化可进一步改善挤压铸造铝活塞的物理性能。金相和物理试验表明,硬模铸造、挤压铸造、挤压铸造金属基复合材料(MMC)在疲劳、抗拉和热膨胀等高温性能方面差别很大,对磨损性能也作了比较。性能的改进有助于在重载柴油机中继续采用铝合金活塞。     

基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究

通过测试气缸盖本体解剖试样,获得气缸盖材料的循环应力应变特性,并利用仿真方法验证其合理性。在此基础上,依据发动机低周疲劳台架考核方法,运用子模型分析技术,得到考核循环内气缸盖火力面的应力分布和塑性变形特性。基于塑性应变能理论,结合试验测试,对火力面低周热机疲劳寿命进行预测和评估,分析表明排气鼻梁区的寿命较低,约为1100次。     

一种车用高强球墨铸铁的疲劳性能

本文针对一种新研制的高强度，高延伸率球墨铸铁材料进行了疲劳性能方面的试验研究。本文简略地介绍了测试疲劳性能的试验方法，通过使用升降法试验获得了材料的弯曲疲劳极限，证明该材料具有良好的疲劳性能，通过低周疲劳试验获得了应力－应变曲线和应变－寿命曲线，这些都是汽车有关零件疲劳设计和寿命预测重要的数据资料。     

辉门动力总成合金材料研发再获重大突破

<正>辉门控股公司动力总成日前宣布,其自主研发的DuraFonn-G91新型高强度铝合金材料取得重大突破,适用于汽车柴油机活塞,可承载更高机械负荷,有望大幅度提高发动机在高功率下的工作效率。对比测试结果证明,新型合金材料部件寿命达到高负荷柴油发动机当前铸造材料的3~5倍。DuraForm-G91的独特成分使得组件疲劳强度得到大幅提高,尤其适用于高负荷、高温条件的柴油机活塞。在温度超过350℃的等温高周机械疲劳测试     

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。     

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。     

沥青混合料的低频疲劳损伤效应分析

加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响较大,疲劳过程中的损伤随着疲劳次数的增加而逐渐增加;耗散能、塑性应变也随着疲劳次数的增加而逐渐增加;所以损伤、耗散能与塑性应变三者之间必然存在某种联系.文中根据低加载频率的疲劳试验来模拟材料的温度疲劳,运用耗散能相关理论分析沥青混合料的温度疲劳损伤,并进行损伤力学分析,说明了粘弹性材料疲劳的本质是荷载循环过程中耗散能的增加.     

AL6082铝合金疲劳性能

在对国产AL6082铝合金材料进行常规力学性能测定的基础上,对其进行了高周疲劳试验、低周疲劳试验和裂纹扩展试验,获得了该材料的疲劳性能参数.对采用AL6082铝合金材料生产的某轿车底盘控制臂进行了疲劳性能测试与分析.结果表明,AL6082铝合金各项性能比较优良,满足轿车底盘零件的性能需求.     

铸铁试件在热冲击下热疲劳寿命的研究

采用简单的模拟试件进行缸盖常用的铸铁材料在热冲击条件下的低周热疲劳试验,同时建立试件的有限元模型,并运用有限元法对试件进行了温度场和应力与应变场的模拟计算,预测了试件的疲劳寿命.预测的疲劳寿命与试验结果吻合良好,说明模拟计算方法和所建预测模型的正确性.缸盖受到的低周热疲劳损伤与试件所受的热疲劳损伤具有一定的相似性,因此本文中采用的试验与模拟方法也适用于实际缸盖热疲劳寿命的研究.     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80%、100%的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构。结果表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με。在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求。     

柴油机用高性能铸铝活塞

现今柴油机技术发展，给活塞能够承受的热负荷和机械载荷提出了更高的要求，同时对活塞的体积以及重量也有更加严格的限制。而如今普遍采用的硅铝合金活塞越来越无法满足现代活塞设计的要求，因此活塞材料性能的提高已事在必行。由于活塞室内温度和压力可迅速达到甚至超过4000c和200bar，热机械疲劳（TMF）和高周疲劳（HCF）的相互作用导致燃烧室喉口和底部过早出现疲劳裂纹，如图1所示。     

基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

铝合金活塞红外线加热热疲劳试验台架研究

文章针对铝合金活塞，特别是高强化特种车用发动机铝合金活塞的材料温度场的特点，利用红外线加热及一系列冷却调整、控制措施、保证自行设计的热疲劳试验台架对铝合金活塞的热模拟精度，并使该台架具有了进行高频影响下低频热疲劳试验研究的能力。     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

重型汽车柴油机活塞销用钢及表面处理技术

阐述了活塞销的受力特点和断裂特征,并对重型汽车柴油机活塞销用钢的主要技术特性进行研究分析。对16Mn Cr5渗碳钢的纯净度、淬透性、带状组织及活塞销热稳性能和装机等进行性能试验。通过改善钢的纯净度、减轻带状组织、优化渗碳淬火和表面加工工艺,活塞销的强度和尺寸稳定性大大提高,从而使16Mn Cr5渗碳钢制活塞销满足重型汽车柴油机高可靠性和高疲劳寿命的性能要求。