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。     

基于热障涂层的柴油机活塞热分析研究

以某非道路高压共轨柴油机作为研究对象,结合标定工况下活塞温度场试验测试结果,建立了不同厚度的热障涂层活塞有限元仿真分析模型,分析了热障涂层对活塞基体温度场、热应力及热变形分布特点和变化规律的影响.结果表明,热障涂层活塞的最高温度较铝合金活塞最大降幅14.83％;热障涂层活塞的热应力随瓷层厚度的增加而降低,较铝合金活塞有...     

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。     

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。     

600MW超临界锅炉膜式水冷壁的热应力分析

建立了超临界锅炉膜式水冷壁的热应力场有限元计算模型。结果表明,鳍片限制管壁变形从而在接触面产生热应力,最大热应力值为1.301 GPa,而在水冷壁管的向火侧可自由膨胀导致此处的热变形最大,最大变形量为0.306mm;水冷壁最大热应力随管壁厚度的增大而增大,而随鳍片厚度的增大反而减小,厚度每增加1mm,最大热应力变化量分别为30MPa和40MPa,水垢厚度对水冷壁最大热应力的影响较小。     

海拔高度对柴油机活塞温度及热负荷的影响

利用研制的存储式活塞稳态温度测量装置对变海拔高度下的活塞多个测点稳态温度进行了测量,以试验测量结果作为标定依据,计算不同海拔高度下的活塞温度场和热机耦合应力,研究活塞热负荷随海拔高度的变化规律.结果表明:在工况一定时,活塞测点温度随海拔高度增加而升高,在海拔高度为3.0 km处,关键测点的最高温度达292℃,比在平原海拔高度高了30℃以上;活塞第一环槽温度也由平原的225℃升高到高海拔处的261℃,已经出现润滑油结焦的情况.活塞应力值和变形受海拔高度影响较大,在高海拔时活塞热应力和热变形明显增大.研究结果可为高原工作的活塞设计、改进和热负荷的控制提供参考.     

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。     

基于热机耦合的国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形数值分析

建立了国-Ⅴ柴油机活塞、活塞销、连杆和缸套等的有限元模型;利用非线性有限元软件ABAQUS分别计算了该柴油机活塞在最大热负荷工况下的温度场和热机耦合工况下的变形和应力,确定了活塞的最大热负荷区和最大应力区,并对活塞和缸套的接触应力进行了分析。模拟结果表明:活塞喉口部位承受最大热负荷,其温度为321.6℃,低于活塞材料的极限温度;在热机耦合工况下活塞裙部的最大应力为58MPa、最大变形为0.1mm,都在可接受范围之内;同时,活塞与缸套的最大接触应力为29.4MPa,在许用应力范围内。通过上述对国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形的分析,可以判定此活塞结构能够满足设计要求。     

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。     

无冷却6135Z型柴油机绝热活塞结构设计的分析和探讨

本文根据可靠的陶瓷层最大厚度和润滑油使用的温度极限对陶瓷层绝热活塞的轴对称稳定温度场、边界条件的确定、陶瓷层的绝热作用、“鸡尾振子”形绝热活塞的热应力、机械应力、综合应力和综合变形进行了分析和探讨,得出无冷却6135Z型柴油机绝热活塞的最佳结构设计。     

球墨铸铁活塞在燃气发动机中的应用

以缸径为200 mm的某型号天然气发动机活塞为研究对象,采用高硅铝和球墨铸铁600两种材料,使用有限元法对此活塞的温度场进行了仿真分析。比较了在相同热边界条件下两种活塞头的温度分布,以及在各自温度场下的热应力和热变形,并计算了在15 MPa活塞顶面压力下的热机耦合应力及热机耦合变形。计算结果表明,采用铸铁活塞能承受更高的爆压,还能改善发动机的HC排放。     

高强化内燃机活塞瞬态温度场分布规律研究

应用ANSYS有限元分析软件,建立了某高强化150内燃机活塞的三维有限元分析模型,计算了瞬态过程和快速冷起动过程中活塞温度场的变化历程及热应力状况。计算结果表明：瞬态活塞顶面的温度波动最大达到22℃,由此产生的瞬态热应力幅值与稳态热应力幅值处于相同的数量级。而冷起动过程活塞温度近似按指数规律上升。这些快速变化的温度引起的附加热应力是活塞顶面热损伤不可忽视的因素。     

4100QBZ型增压柴油机活塞温度场试验研究及有限元分析

针对4100QBZ型涡轮增压柴油机热负荷高的问题,采用硬度塞测温法实测了4个外特性点工况下活塞头部与侧面共19个特征点的温度,并结合有限元分析方法分析了增压柴油机标定功率工况下活塞三维温度场、热应力场及变形。研究结果表明,4100QBZ型涡轮增压柴油机活塞顶面工作温度随转速的升高而升高,在标定功率工况下活塞表面工作温度最高达368℃;在热负荷作用下,最大Von Mises应力为69.3 MPa,出现在活塞销座与销接触面上方尖角处,最大变形为0.474 mm,出现在活塞头部排气口一侧。     

增压柴油机活塞内冷油道对热负荷影响的研究

针对某增压柴油机,使用有限元法研究了内冷油道对活塞温度分布、应力分布和变形分布的影响。为保证边界条件的合理性,通过计算流体力学(CFD)软件模拟计算得到内冷油道的边界条件。采用硬度塞法实测活塞若干点的温度值,验证了模拟计算结果的合理性。有限元计算结果表明:在活塞上加开内冷油道可以使其顶部温度降低约43℃;合理的内冷油道位置可以有效降低局部的高温和应力,当活塞内冷油道位置轴向移动5mm时对活塞顶部温度影响最大,可使其温度变化幅度达10℃左右,最大应力值增加7~11MPa。内冷油道位置的改变主要影响各部分变形的大小,对其分布规律影响不大。     

4100QBZ增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析

针对4100QBZ废气涡轮增压柴油机活塞的机械负荷和热负荷问题,实测了标定功率工况下活塞表面19个特征点的温度和缸内燃烧压力,并结合有限元分析法分析了机械负荷与热负荷共同作用下活塞的耦合应力场与变形.研究结果表明,标定功率工况下,4100QBZ增压柴油机活塞头部表面工作温度最高达367 ℃,缸内最高燃烧压力11.9 MPa,其曲轴转角363.75°CA;在机械负荷和热负荷共同作用下,最大耦合应力125.7 MPa,出现在活塞销座与销接触面上以及销孔上方销座内侧;最大变形0.416mm,出现在活塞头部主推力面上.     

进气温度对柴油-天然气双燃料发动机活塞温度及热变形的影响

基于ANSYS以WD615高压共轨柴油机为原型机建立了柴油-天然气双燃料发动机活塞温度场及热机耦合下变形场的分析模型。对不同进气温度下活塞温度场、变形场进行了研究,以改善活塞的热负荷及热机耦合下活塞的变形情况。试验结果表明:在标定工况下,进气温度为375K时,活塞第一环槽的平均温度超过230℃,活塞裙部的变形量超过活塞裙部与缸套间的正常间隙;同时缸内最大压力升高率增加,缸内爆震趋势增大。随着进气温度降低,活塞表面温度、活塞第一环槽的平均温度下降,活塞头部、裙部的变形量减少,活塞的温度及变形量都在合理的范围内,缸内爆震趋势减小。     

某240型柴油机活塞有限元分析

活塞组由活塞、活塞销、活塞环等零件组成。活塞是内燃机的关键零部件之一,活塞的结构和所处的工作环境都十分复杂,在工作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力和销座支反力等周期性载荷作用,产生机械应力和机械变形。高压气体燃烧产生的高温使活塞温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形。因此,对活塞在热负荷和机械负荷共同作用下的变形、应力进行有限元分析,了解活塞的变形和应力分布情况,对改进活塞设计,提高其工作可靠性具有意义。     

宏观粗化基体上等离子喷涂TiC涂层的热冲击抗力

对宏观粗化基体上等离子体喷涂的ＴｉＣ涂层的热冲击力与喷砂基本上等离子体喷涂的ＴｉＣ涂层的热冲击抗力进行了对比研究，宏观粗化限制收缩应力，增加结合面积并产生了涂层内薄层间的褶皱强化，已进行机械振动和热冲击试验及其数学模化，在宏观粗化的基本上体喷涂的涂层抗力之所以提高可能是由于薄层的皱或波纹以及热应力的特殊分布所致。     

固体电热储能系统热变形分析与结构优化研究

为了解决固体蓄热装置中蓄热模块在温度载荷下容易发生热变形,导致蓄热体结构不稳定甚至坍塌问题,采用弹性力学理论对温度载荷下蓄热体的热变形量及热应力进行理论推导,利用数值模拟方法分析了不同占孔比、不同进口空气温度以及固定约束对蓄热体热变形及温度分布的影响,并搭建试验平台对数值模拟结果进行验证。研究表明:进口空气温度越高,蓄热体热变形越大,进口空气温度为950℃时最大变形率达到1.73%;相同工况下,20%占孔比蓄热体热变形量最小、温度分布均匀;固定约束位置出现热应力集中现象,最大热变形出现在蓄热体顶部。