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。     

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。     

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。     

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。     

高强化柴油机活塞异型销孔结构设计与试验研究

针对高强化柴油机活塞,研究了网格数量和活塞销孔棱缘耦合应力的收敛性关系,进行了精确的活塞耦合应力计算;研究了异型销孔结构对活塞应力分布的影响规律;根据耦合应力计算结果,选定异型销孔位置和形状,设计双侧圆锥形异型销孔并进行耦合应力计算,与圆形销孔结构活塞对比可知,异型销孔结构可以大幅度降低销孔棱缘的应力集中,活塞的承载能力有所提高。利用活塞销孔疲劳试验机进行异型销孔活塞的疲劳试验,试验完成1.0×107个循环,活塞销孔表面接触良好,说明双侧圆锥形异型销孔的结构设计满足发动机可靠性要求。     

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...     

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。     

载荷形式对V型柴油机机体疲劳寿命的影响

以某V型柴油机机体为研究对象,对两种载荷形式下机体疲劳试验方法进行了研究,对比计算了两种试验载荷加载方式下机体横隔板的疲劳寿命分布。研究结果表明,横隔板处的疲劳寿命分布基本相同,两种载荷形式对机体横隔板疲劳寿命的影响没有显著的差异。结合仿真结果,在实机试验中采取集中加载方式进行了验证,为后续确定机体疲劳试验的加载方式和载荷大小提供了依据。     

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。     

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。     

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。     

高原环境下油品对柴油机燃烧特性的影响研究

在模拟高原条件下,针对3种不同品质的柴油(十六烷值和馏分)对某增压柴油机的燃烧特性的影响规律进行了研究分析,并据此简要分析在高原运行时出现活塞烧蚀故障与所用油品的关系。结果显示:目前在用柴油由于其十六烷值低,柴油不易被压燃着火,滞燃期长,且初馏温度低,柴油容易蒸发,预混合燃烧期内积累的热量多,造成缸内压力的升高速率增大,燃烧过程粗暴;海拔升高,空气密度下降,柴油的着火时间延长,燃烧速度加快,最大压力升高率增大,由此产生强烈的热负荷和机械负荷冲击,容易造成活塞烧蚀。     

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。     

增压器涡轮轮毂疲劳可靠性分析与寿命预测方法

针对增压器涡轮由离心载荷所引起的轮毂疲劳失效模式,基于装甲车辆柴油机耐久性台架考核试验剖面,分析了增压器在不同工况下运行时涡轮转速的变化规律,计算了涡轮轮毂疲劳危险部位的应力历程.通过对涡轮轮毂疲劳强度模拟试验样件的疲劳性能测试,建立了涡轮轮毂疲劳寿命与应力之间的数学模型.在此基础上,研究了涡轮轮毂的疲劳可靠性分析与寿...     

基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析

为分析4100QBZL柴油机曲轴的疲劳寿命,建立该曲柄连杆机构的刚柔耦合多体动力学模型,将多组试验测量的缸内压力作为驱动力,进行耦合仿真得到曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并根据载荷结果对曲轴进行静强度校核。最后结合由多体动力学软件得到的载荷谱与有限元分析所得的曲轴在各个工况下的应力应变分析结果,以及通过材料的各项属性拟合出的S-N曲线,对曲轴进行了疲劳寿命预测。结果表明:曲轴的静强度及疲劳寿命均达到了工程设计要求,曲轴最危险部位的寿命次数也达到了1013以上,认为曲轴不会发生疲劳破坏。     

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。     

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。