柴油机活塞阳极氧化对结构可靠性的影响

为了探究氧化层对活塞结构可靠性的影响,以柴油机铝质活塞为研究对象建立活塞三维模型,结合试验数据对活塞温度场、热应力场和热机耦合场进行有限元模拟计算和对比分析。分析结果表明,在最大负荷工况下,阳极氧化的铝基体活塞最高温度和最大热应力较原始活塞分别下降6.58℃和14.1MPa;阳极氧化区域产生了拉应力。因此,在设计中,原始活塞顶面受压应力的区域应覆盖氧化层以平衡压应力,在原始活塞顶面受拉应力的区域应不覆盖氧化层以避免增大拉应力。活塞顶面应力状态得到改善后可以减少顶面裂纹产生,提高活塞的使用寿命。     

活塞内冷油腔的振荡传热特性及位置的研究

以一款非道路用高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,在试验测试的基础上建立了活塞-内冷油腔耦合传热数值仿真模型,研究了发动机循环过程中内冷油腔的振荡传热特性,分析了内冷油腔位置对活塞温度场和热应力场的影响规律。研究结果表明：在发动机循环过程中,内冷油腔壁面换热系数随油腔中机油分布规律周期性变化;内冷油腔靠近活塞顶面和环槽底面时,能显著降低活塞最高温度及一环槽温度,内冷油腔设计时应在结构强度允许范围内,尽量靠近活塞顶面和环槽底面;内冷油腔过于靠近活塞壁面时,活塞第三环槽及内腔顶面区域出现较大的局部热应力。     

活塞冷却油腔位置变化对活塞温度场的影响

为提升活塞油腔对活塞的冷却效果,采用ANSYS有限元分析法对活塞温度场进行数值模拟,对活塞顶部燃烧室喉口及活塞第一环槽处两个重点区域进行分析,并对活塞产生热应力具有明显影响的温度梯度进行同步分析,结果表明,内冷油腔沿活塞轴向移动时的活塞温度场变化明显大于其沿活塞径向移动时的温度场变化,对活塞高温区域的冷却效果更好。     

高速柴油机活塞热负荷仿真与结构优化

为解决某四缸高速柴油机因活塞高温导致拉缸问题,在实测活塞工作温度的基础上,利用温度拟合法模拟计算活塞温度场,计算结果与实测温度良好吻合。将模拟计算结果作为温度载荷对活塞进行热负荷有限元分析:活塞头部和活塞裙部在直径方向上热变形均大于配缸间隙,活塞工作中热负荷过大是发生拉缸的真正原因。根据分析结果,对活塞结构进行适当的改进并进行模拟计算。结果表明:改进后活塞头部和第一环槽最高温度分别降低了23℃和26℃,验证了结构改进的合理性,避免拉缸故障的发生。     

考虑材料物性热效应热障涂层活塞热特性研究

采用耦合方法研究材料物性热效应对热障涂层活塞热特性的影响.以某柴油机活塞为研究对象,建立耦合模型并验证计算的正确性;基于材料物性参数随温度的变化,分析材料物性热效应对活塞温度场和热应力的影响.结果表明:材料物性热效应对最高温度影响较小,温度波动约2.25％.考虑材料物性热效应的最大热应力为524MPa,比常物性参数的热...     

不同陶瓷涂层厚度对汽车铝合金活塞温度与热应力影响

以汽车发动机铝合金活塞为研究对象,分析不同陶瓷涂层厚度对铝合金活塞温度和热应力的影响。研究结果表明:未覆盖陶瓷涂层及不同陶瓷涂层厚度的铝合金最高温度均出现在活塞顶部中心位置及边缘,且活塞温度从顶部开始向底部沿轴线依次降低;由于陶瓷热导率低于铝合金,导致铝合金活塞最高温度随陶瓷涂层厚度的增加而增加;随着陶瓷涂层厚度的增加,铝合金活塞基体温度明显下降。不同陶瓷涂层厚度铝合金活塞应力曲线几乎平行,随着陶瓷涂层厚度的增加,最大等效应力开始逐渐减小;而随着陶瓷涂层厚度的增加,铝合金基体的最大应力也随之变大。适当喷涂陶瓷涂层有助于降低铝合金活塞基体温度、改善其受力分布,进而延长其使用寿命。     

活塞温度场的有限元分析

活塞是柴油机最主要的零件之一,寻求活塞正确而可靠的设计与计算方法,是提高柴油机可靠性与寿命的重要途径。当柴油机工作时,由于活塞的热应力和热变形以及活塞第一道环槽温度过高导致活塞裂损、活塞环卡死、拉缸等现象。为了准确地确定活塞的热应力和热变形,必须首先确定活塞的温度场,由此才能再进一步对活塞结构进行优化设计。     

阳极氧化层对活塞热负荷的影响研究

为了探究某发动机铝质活塞阳极氧化对其热负荷的影响,借助硬度塞温度测试法及数值分析手段,分别对该发动机原始活塞和阳极氧化活塞进行温度场和热应力计算分析。结果表明,在最大负荷工况下,阳极氧化活塞最高温度较原始活塞最高温度降低了7.1%,其最大热应力较原始活塞最大热应力减小了24.5%,其他区域温度和热应力均有不同程度的减小。阳极氧化工艺降低了活塞的热负荷,同时有利于增强活塞的可靠性,延长其使用寿命。     

振荡油腔位置对柴油机活塞温度场的影响

针对策柴油机活塞在工况下第一环槽温度过高,导致润滑油结肢的问题,提出了降低热负荷的改进方案,探讨了由活塞振荡冷却油腔上移对活塞温度场带来影响,通过对比振荡冷却油腔上移1～4mm活塞温度场、应力场的变化,分析了采用改变振荡油腔位置来降低活塞第一环槽热负荷方法的可行性,提出了在使用提升振荡冷却油腔的方法来降低活塞热负荷时,对油腔提升高度的控制范围.     

EB-PVD热障涂层TGO三维结构分析

热生长氧化物(TGO)的厚度及形貌是影响热障涂层热应力的关键因素。首先开展了电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层1 050℃恒温氧化实验,采用聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)实现了EB-PVD热障涂层三维成像,获得了576幅热障涂层高温氧化48 h后的SEM图像;其次,通过EB-PVD热障涂层三维结构的分割与提取,得到了真实TGO三维结构和柱间孔隙三维分布,实现了TGO层的厚度测量;最后建立了基于TGO三维结构和柱间孔隙三维分布的EB-PVD热障涂层有限元热应力分析模型,分析了真实TGO三维结构和柱间孔隙三维分布对EB-PVD热障涂层热应力的影响。结果表明,TGO层的平均厚度为2.37μm,有限元模型中最大拉应力为403 MPa,最大压应力为-282 MPa,最大拉应力与最大压应力均出现在陶瓷层中的柱间孔隙处。     

柴油机活塞头部结构参数热敏性研究

为降低活塞的温度,提高活塞组件的可靠性,以4100QBZ增压柴油机为例,开展了燃烧室偏置量、活塞顶厚度、火力岸高度对活塞最高温度、第一环槽最高温度和内腔顶侧最高温度影响的单因素实验,并以活塞最高温度作为优化目标,应用正交实验法优化了活塞头部结构参数.研究发现:燃烧室偏置量、活塞顶厚度、火力岸高度均对活塞温度场有一定的影...     

Microstructure and Mechanical Behavior of in Situ Primary Si/Mg_2Si Locally Reinforced Aluminum Matrix Composites Piston by Centrifugal Casting

Al-Si pistons are frequently damaged by burning piston top surface due to elevated combustion temperature, and by rubbing the first ring groove against the engine cylinder liner. To prevent piston from these damages, some technologies were invented, such as mounting high Ni cast iron ring around the first ring groove in Al alloy piston body and thermal resistant steel on piston top surface, and fabricating Al composite pistons by squeeze casting for enhancing the whole or local piston performance. In this paper, composite pistons locally reinforced with in situ primary Si and primary Mg2Si particles are fabricated by centrifugal casting. The microstructure characteristics, hardness and wear resistance of the composite piston are investigated and the motion characteristic of the in situ particles in centrifugal field is analyzed. The results of the experiments show that primary Si and Mg2Si particles mix up with each other in melt and segregate at the regions of piston top and piston ring grooves under the effect of centrifugal force. Particulate reinforced regions have a higher hardness and better wear resistance compared with the unreinforced regions and this performance increases after heat treatment. The analysis result of particle movement shows that, primary Si and primary Mg2Si particles move at approximately the same velocity in the centrifugal field, because of the growth of primary Si and fusion after colliding between primary Si particles, which compromised the velocity difference of primary Si and primary Mg2Si particles caused by the difference of their densities. Research results have some theory significance and applicative value of project in development of new aluminum matrix composites piston products.     

活塞结构对其传热及强度的影响分析

以一款满足国Ⅴ排放限值的高压共轨柴油机活塞为研究对象,采用硬度塞测温法试验测试分析了标定功率工况下活塞稳态温度场分布和热负荷的大小,结合温度场试验测试结果建立了内冷油道与活塞的流固耦合传热数值仿真模型,仿真分析了活塞销座长度、销孔直径、火力岸高度、同侧回油孔中心间距4个活塞结构参数对活塞传热与结构强度的影响。研究结果发现,活塞的火力岸、内冷油腔、回油孔和销孔处的热流密度较大并出现应力集中。选择活塞销座长度、销孔直径、火力岸高度、同侧回油孔中心间距4个参数,进一步研究活塞结构对其传热及结构强度的影响特征。结果显示,活塞的每个结构参数值改变不仅会较大程度地改变该处的传热性能和应力分布,还会导致其他关键点的应力和温度发生改变,这使得活塞结构修改需更加谨慎。适当增加销座长度、销孔直径和火力岸高度,减小同侧回油孔中心间距,可以改善活塞的受热,也可以降低活塞的整体应力。     

基于有限元方法的柴油机活塞热分析

介绍运用有限元方法对柴油机机活塞进行热分析的方法。具体针对某型号柴油机,分析其活塞稳态温度场和热变形。分析结果表明,活塞最高温度出现在活塞头部,为377.22℃;活塞轮廓的径向变形最大值为0.451mm,也发生在活塞头部。并对活塞热态纵向型线进行拟合,为活塞冷态纵向型线的设计提供参考依据。     

活塞喷油冷却流场数值模拟

近年来,随着柴油机排放及功率要求的提高,柴油机热负荷显著的增加,其中活塞热负荷问题成为柴油机进一步强化的主要限制因素之一。对于高热负荷活塞,通常采用冷却通道的办法来降低活塞温度。使用CFD工具获取表面换热系数已越来越多的用于温度场的计算,本文通过流动计算获取冷却通道壁面及活塞底面的换热系数,并分析喷油冷却流场计算结果,提出改进措施。     

Al-Si30活塞温度场和应力场有限元分析

建立了某活塞三维有限元模型.根据稳态温度场理论,结合对流换热边界条件对ZL109和Al-Si30活塞的温度场、应力场和热变形进行了有限元分析,对比发现温度场中Al-Si30活塞和ZL109活塞最高温度值很接近,但应力场分布和热变形中Al-Si30活塞的最大和最小值均低于Zl109活塞的最大值和最小值,说明Al-Si30...     

175FMI活塞热耦合分析

详细阐述了汽油机活塞从热边界确定到热耦合分析的整个过程,从AVLBoost软件中获得第三类边界条件,并在活塞,活塞销接触分析中叠加温度场获得热耦合分析效果。从温度分布、热应力、机械应力、活塞应变等方面考察活塞结构,为活塞的结构改进和优化提供了经验和理论依据。建立了活塞三维有限元模型,通过理论计算某发动机活塞热边界条件,对其进行温度场分析计算,得到活塞的三维温度场分布特征,对活塞的结构改进和优化具有一定的研究价值。     

Experimental study of wear interaction between piston ring and piston groove in a radial piston hydraulic motor

The wear interaction between piston ring and piston groove in a radial piston hydraulic motor was studied in regard to mass loss and changes in form and surface roughness. A specially developed test rig that simulates the tilting movements of pistons at the end of strokes was used in the test. The results show that wear on the piston ring groove can be up to 10 times greater than the wear on the piston ring. For both interacting surfaces, the dominant wear mechanism was mild wear. The results from a factorial design show that the form of the piston groove significantly influences the amount of wear.