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。     

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。     

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。     

汽油机活塞的热负荷和机械负荷分析

采用三维有限元分析法对376汽油机活塞进行了热负荷和机械负荷分析,计算了活塞的温度场和应力场.深入了解活塞的热负荷状态及热应力、机械应力分布情况,找出了危险应力部位,为活塞的结构改进和优化提供了理论依据.     

CG125发动机活塞连杆曲轴改进分析

改进CG125发动机气道和燃烧室形状,在保证动力性提高的同时,也会导致活塞连杆曲轴温度和强度负荷增加。采用有限元模拟分析,计算出活塞连杆曲轴改进前后的应力和活塞温度变化,通过改进活塞形状,保证了改进后发动机活塞热负荷状况良好,同时提高了活塞连杆曲轴强度。     

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。     

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。     

发动机活塞有限元计算分析

正活塞是发动机工作条件最严酷的零部件之一,它的设计状态直接影响到发动机的可靠性,耐久性以及排放性能。活塞受到的热负荷和机械负荷变化复杂,产生的应力和应变较大,燃烧室边缘可能由于高温产生融裂,活塞销座处可能由于强度不够,而发生损坏。由于活塞承受着复杂的交变载荷,在实际的可靠性试验中,对必须具备的试验设施、软件等要求很高,在初始开发过程中,受试验设备缺乏、试验工作量大、试验费用高等诸多限制因素。     

基于应变监测数据的钢桥面板疲劳寿命评估研究

联合结构长期应变监测数据和线弹性断裂力学提出正交异性钢桥面板的疲劳寿命评估方法,以坝陵河大桥钢桥面板的焊接细节为对象开展应用研究.采用Paris方程建立了疲劳极限状态方程,并基于应变监测数据建立桥梁应力幅谱△σi～ni,计算等效应力幅△σe,对正交异性钢桥面板疲劳寿命进行评估,为钢桥面板的维护提供依据.     

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     

高速柴油机用TopWeld~钢活塞

燃油经济性法规要求进一步减小活塞的摩擦和提高热效率。将活塞材料由铝改成钢能在这两方面都得到改善。此外,钢材料的特性可提高活塞的强度、坚固性和耐久性。所有这些好处都能在比铝活塞更小的压缩高度下得以实现。因此,尽管材料密度有所增加,活塞质量可以减小。鉴于钢活塞与铝活塞一样,需要对燃烧室凹坑和环槽区域进行冷却,马勒公司采用1种创新的金属连接技术——激光焊接来形成冷却通道。TopWeld~#174;理念能提供较好的设计灵活性,这是其他任何焊接工艺所无法匹敌的。这种设计灵活性对于复杂的燃烧室几何形状尤为有利,而现代柴油机采用复杂的燃烧室结构是满足燃油经济性和排放要求的必须手段。     

EPS材料在大应变过程的压缩试验研究

为了研究EPS材料的参数特性、力学性能和大应变过程的应力应变关系,采用常规土工试验无侧限压缩仪,对4种不同密度的Φ50mm×100mm圆柱体试件进行了单轴压缩试验,确定了材料对应的力学参数。考虑在大应变40%范围内的压缩过程,在相同应变率下的试验结果表明,EPS材料的压缩强度与压缩模量和密度呈线性正相关关系,应力应变曲线分为弹性变形阶段、塑性变形阶段。在5%应变范围内,应力应变关系接近线弹性变化规律,在达到10%应变时,试件达到强度极限,应力应变关系由弹性变形进入到塑性变形。EPS材料的压缩试验结果对解决高填方涵洞减荷问题提供了一定的理论依据。     

内燃机用活塞

<正> 为了防止活塞的开裂,将配置于燃烧室喉口部的铜合金镶嵌物的固定部分与活塞主体进行整体浇铸,利用这种牢固的装配结构,防止由于活塞顶部产生的高温、高应力引起镶嵌物松弛的现象。图示为该活塞实例。 活塞主体1的材料为铝硅合金,在活塞顶2上开有燃烧室3、喉口部4,并形成一凹状轮廓。喉口部4是由含0.5％铍和2.5％钴的铜合金环状镶嵌物5构成的,镶嵌物     

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。     

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。     

高强化柴油机组合活塞温度场的三维数值模拟

在对PA6—280柴油机的钢顶铝裙组合式活塞的热负荷状况进行分析的基础上,建立了该型活塞的三维热分析模型,并借助于强大的有限元分析软件ANSYS5 5计算分析了活塞的热负荷,得到了与测量结果相吻合的三维温度场。数值结果为进一步进行柴油机活塞的结构改进和优化设计提供了依据。     

路面结构裂缝线弹性有限元分析

沥青路面基层材料的裂缝尖端存在应力集中,通过引进线弹性模型模拟裂缝尖端的应力应变场的基础上,编制了线弹性有限元程序,进行裂缝尖端的应力应变分析,并采用该程序对缝端应力进行计算分析.     

内燃机零件的光弹研究

<正>在发动机零件设计和试验工作中,一项很重要的任务是确定运转情况下的零件应力和应变。一些强度公式能估算一般零件的应力,甚至还能估算相当复杂构件的应力。但是,用通常的强度公式就不能精确地分析发动机某些零件所承受的复杂机械负荷和热负荷。例如内燃机的活塞承受多种外力作用:有活塞顶部燃气压力、销座孔内活塞销的反作用力以及在活塞顶部高温作用下引起的急剧交变应力。很明显,在此情况下,一般常规分析法是不适用的。     

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。     

利用挤压铸造改善柴油机铝合金活塞的性能

本文从燃料经济性和废气排放的角度认为,目前的重力铸造铝合金活塞工艺在燃燃室、活塞销座和顶环位置三个潜在方面,其改进正在达到极限。 目前,有一种大量生产的重型柴油机活塞采用了挤压铸造技术。这种技术特别是当与陶瓷纤维相结合时,能使铝合金活塞获得极佳强度特性。本文研究挤压铸造技术在活塞上述三方面的应用,根据发动机试验数据的分析提出了几个新的结构方案。