纳米陶瓷涂层对ω型活塞的热结构影响北大核心CSCD

研究了热障涂层厚度对活塞温度、热应力及热变形分布的影响,结合硬度塞法测试无涂层活塞特征点的温度值,采用有限元法与涂层活塞仿真结果进行比较。对不同厚度的涂层进行温度和热应力分析。研究结果表明,在涂层厚度0.3 mm~0.6 mm范围内,厚度每增加0.1 mm,活塞顶面温度提高10℃~17℃,活塞基体温度下降19℃~27℃。与无涂层活塞相比,0.6 mm厚的涂层活塞基体温度最大降幅为10.8%。涂层表面的热应力随着涂层厚度的增加而减小,涂层活塞基体的热应力变化不大。最大热变形处在陶瓷涂层,最大热变形量在活塞与气缸套允许范围之内。     

La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞热–机耦合应力分析北大核心CSCD

以某车用发动机活塞为研究对象,基于有限元法建立La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞模型,研究陶瓷面层、底部陶瓷层、基体的热–机耦合应力及其双陶瓷层结构对活塞基体的影响。根据温度场分析,陶瓷面层厚度为0.15 mm时,La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ涂层活塞基体、陶瓷面层、底部陶瓷层的最高温度分别是271℃、438℃、363℃。随着陶瓷面层厚度增加,活塞基体温度降低,活塞顶面温度升高。热应力分析表明无涂层活塞的最大热应力出现在环槽处,最大值是64 MPa,而涂层活塞基体的最大热应力出现在燃烧室喉口及其顶部边缘部分。受机械负荷影响,无涂层活塞和涂层活塞基体耦合应力最大值均出现在销座处,陶瓷面层和底部陶瓷层最大热–机耦合应力出现在各自底面。随着陶瓷面层厚度增加,陶瓷面层和底部陶瓷层最大耦合应力缓慢减小,活塞基体耦合应力基本不变。     

高强度柴油机活塞温度与应力场有限元分析及其结构改进

结合柴油机活塞发展现状,针对某型号高强度柴油机,利用SolidWorks建立该柴油机活塞的三维模型,并用ANSYS对活塞进行有限元分析,讨论活塞在高温环境、最高燃烧压力或最大侧向力作用下的温度场、应力分布和变形情况*分析结果表明,活塞主要承受热应力和热变形,最大耦合应力在油道顶部,约270 MPa,最大变形出现在活塞顶部边缘,变形量约0.08%,变形随活塞高度降低而减小,在裙部略有上升*活塞头部在销孔方向上热变形大于耦合变形,两者差值随活塞头部高度降低而减小*活塞在垂直于销孔轴线方向上的耦合变形总体上大于平行于销孔方向的耦合变形。同时,燃烧室喉口、环槽和销座处应力集中明显,针对上述薄弱区域进行结构改进,发现改进后应力值均显著降低,这些结构改进对高强度柴油机活塞设计开发具有重要指导意义。     

250型柴油机活塞热负荷特性分析

本文通过确定活塞关键部位的换热系数和温度边界条件,计算得出250型柴油机活塞的温度场,活塞的最高温度为384℃在钢顶喉口部位,并与活塞实测平均温度比较,温度相吻合。并计算和分析了在该温度负荷下的活塞热应力和热变形情况,最大热应力为246MPa在钢顶拱顶部位,径向最大热变形在钢顶顶面边缘部位,变形量为0.49mm。     

柴油机陶瓷活塞陶瓷与金属双材料热应力研究

本通过有限元计算分析了１３５绝热柴油机ω型燃烧室陶瓷与金属双材料活塞的热应力状态。为提高计算精度。计算中对瓷涂层及两种材料界面处的单元进行了细致划分，同时引入了陶瓷与金属两种材料热膨胀系数随温度变化函数。计算使用了Ａｄｉｎａ有限元软件包。计算结果表明，陶瓷活塞的陶瓷涂层内的最大热应力比铝合金部分热应力高出１个数量级，活塞陶瓷涂层最大热应力出现在活塞燃烧室上圆周边缘处。     

某柴油机活塞裙部变形分析

采用workbench对某柴油机活塞在热载荷、机械载荷、耦合载荷作用下分别进行模拟,获得了在不同载荷作用时活塞裙部的径向变形量,通过对比结果得到以下结论:热-机耦合载荷作用下裙部的径向变形量等于热载荷单独作用以及机械载荷单独作用时引起裙部变形的矢量和;活塞裙部的径向变形量随裙部增高而增加,活塞销座旁边的变形量大于垂直于活塞销轴线方向裙部径向的变形量;因此,为了使活塞在工作时能够很好地建立油膜以及和缸套接触,活塞应设计为上小下大的中凸椭圆形。     

活塞销孔偏置对活塞裙部磨损的影响

基于活塞温度场、热变形、缸套变形等参数建立某柴油机活塞组件数值模拟分析模型,研究活塞销孔偏置对活塞敲击摆动及裙部磨损的影响.结果表明:活塞销孔向主推力侧偏置时,随着偏置距离的增加,最大活塞摆角增大;活塞裙部最大接触压力和最大磨损载荷均出现增大的趋势;销孔偏置为0时最大接触压力最小,为15.45 MPa,销孔向主推力侧偏...     

30/38柴油机活塞热力耦合有限元分析研究

采用有限元软件ANSYS,分析了30/38柴油机活塞的温度场、热应力及热变形;并通过热-机耦合的方法,分析了该机活塞的耦合应力场。研究结果表明:活塞顶部应力以热应力为主,温度对活塞的应力和变形起主导作用。在此基础上提出了有关活塞的研制建议。     

体积辐射换热对热障涂层-气膜冷却系统中热障涂层温度场的影响

通过流固耦合计算方法预测了热障涂层-气膜冷却系统的温度场,其中体积辐射换热过程的模拟采用基于离散坐标法(DO)的辐射模型。研究了体积辐射换热对该系统中热障涂层温度场的影响,以及冷却孔结构和陶瓷层厚度对体积辐射换热的影响。结果表明:体积辐射换热对热障涂层温度场的提升作用明显;冷却孔结构强化了体积辐射换热对其边缘处热障涂层温度场的影响;增大陶瓷层厚度,并不能有效减小热障涂层中的辐射温升。     

496ZQ柴油机活塞热负荷研究及评价

活塞工作时,高温的燃气使活塞产生的热应力和热变形可能导致活塞产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等现象,直接影响到内燃机工作的可靠性和耐久性。本论文利用ANSYS软件,对496ZQ柴油机活塞的热负荷进行研究和评价,结果表明:原活塞第一环槽的最高温度、销座的最高温度和最大热应力、顶面的最大热应力不满足设计要求,采用加隔热槽和冷却油腔的方法优化后,活塞各项热负荷指标均满足设计要求,为原活塞的改进提供了依据。     

陶瓷纤维铝基复合材料对活塞销座的影响

为了避免铜衬套脱落并降低活塞销孔表面的最大应力,运用正交试验表L_9(3~4)设计9组试验,另加1组镶铜衬套的试验作为对比方案,通过ANSYS对活塞进行了模拟分析,并利用极差分析法找到满足活塞热负荷及机械负荷的最优方案。结果表明:影响活塞销座热机耦合应力的3个因素大小依次为销孔型线方程、销座与活塞销的间隙和增强体的厚度;最优方案使活塞销孔表面上的耦合应力降低了28.8%;增强体使活塞销座处温度升高了3%~4%,活塞的耦合变形也减小了2.9%~3.8%。     

基于协同仿真环境的活塞三维耦合场分析与结构改进设计

基于ANSYS Workbench11.0协同仿真环境,运用第3类热边界条件与间接耦合分析方法,完成了某大功率150型柴油机活塞的热机耦合分析。分析发现,活塞销孔处综合应力偏高,在此基础上改进了活塞销孔结构,并采用DOE（Design of Experiments）优化设计方法对改进结构进行了尺寸优化设计,优化后活塞销孔部位应力降低22.6%。     

活塞热疲劳分析

用Pro/E建立活塞几何模型,在ANSYS单元库里选取热结构耦合单元,对模型网格进行优化,并对活塞温度场进行标定,然后进行热机耦合分析计算,得到活塞温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在低频热疲劳下,活塞循环次数最少约是1 120 000次,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

销孔结构设计对活塞可靠性影响的研究

不同销孔结构参数对活塞可靠性的影响不同。对汽油机活塞,采用5种方案进行了机械负荷与热机械耦合负荷下的应力对比及液压疲劳试验下的循环寿命对比,其中相对于销孔中心设计的非对称减压弧结构更为明显地降低了应力集中现象;稳定的热负荷降低了机械负荷作用于销座部位的应力。柴油机活塞异形销孔降低销座部位应力的作用与汽油机活塞类似。分析与试验表明:柴油机活塞异形销孔与圆柱形销孔相比,提高了燃烧室喉口的拉伸应力幅值;销孔的优化设计可提高顶部的可靠性。     

Thermal Stress in Fabrication of Thermal Barrier Coatings

Thermal stress in the fabrication process of thermal barrier coating system (TBCs) has a significant effect on the quality of TBCs and the durability of gas turbine. In this work, a new analytical model was developed to calculate the thermal stress during the fabrication process of TBCs. Variations of the material properties with temperature of TBCs were well considered in the present model. Several spraying factors: such as pre-heating temperature, cold gas dynamic spraying (CGDS) method, thickness of top coating and thickness of substrate, which has significant effects on thermal stress generation, are also discussed in this work.     

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度。用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

采用异形活塞销孔解决大型组合活塞裙部裂损问题的探讨

活塞承受的负荷不断提升，活塞销座设计不合理，销孔正应力分布不均匀，销孔内侧上方区域应力远高于外侧应力以及加工和装配中存在的质量问题是柴油机钢顶铝裙组合活塞裙部裂损的主要原因。采用异形销孔设计将是改变活塞内侧应力集中，提高裙部结构的安全系数，减少活塞裙部裂损的有效方法。     

Overall Thermal Performances of Double-Wall Effusion Cooling Covered by Simulated Thermal Barrier Coatings

A coupling configuration of double-wall cooling and exterior surface thermal barrier coating(TBC)is one of the most promising thermal protection methods of hot components of modem gas turbine.The combined influences of coating thickness,impingement layout,and cooling air flowrate on the overall thermal performances of such configuration were discussed deeply,to provide the valuable guidance of design.Overall effectiveness measurements were implemented under engine-matched Biot numbers and mainstream-to-coolant temperature ratio.Conjugate heat transfer simulations provided the additional information difficult to be acquired by the measurements.The results indicated that the contribution of TBC is much larger than that of increasing the cooling air amount.The thicker TBC can produce the stronger insulation,while the higher risk of thermal damage of itself.The larger coolant flowrate enlarges the benefit of TBC,while the trend is suppressed by the thick TBC.The constant coating thickness cannot bring to the uniform metal temperature,which can be solved through properly adjusting the backside impingement.The trends in overall effectiveness with TBC’s thickness are independent on the change of internal impingement.