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.     

重型高速柴油机活塞销座强度分析与优化

活塞体在实际工作条件下承受着复杂的热机耦合载荷,其耐久性对整机可靠性有着决定性的影响.在重卡柴油机中活塞销座和裙部作为主要承受机械负荷的区域,需要详细分析其温度场、变形、应力和润滑状态.文中利用试验结合有限元方法获得活塞、缸套的冷、热态型面,建立某重卡柴油机的活塞-销-缸套-连杆组的弹性耦合动力学分析模型,通过弹流润滑模型得出活塞销座轴承的润滑状态,进一步分析销孔表面的动态变形、应力场,并对活塞体在机械负荷下的高周疲劳强度进行校核.仿真计算结果与故障件模式一致性较好.为了优化活塞销座处的强度安全系数,采用该分析方法对不同的销孔型面方案进行了对比和评价.在发动机详细分析与故障诊断阶段,利用该分析流程可对活塞体的机械强度性能进行较好的把握与评价.     

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%。     

船用柴油机活塞销孔开裂失效分析及优化

针对某船用柴油机活塞销孔开裂问题,对活塞进行失效分析,确认开裂的原因为销座结构和销孔设计不合理,通过有限元分析匹配不同销孔形线的销座结构对销孔接触压力和疲劳系数的影响,根据仿真结果确定优化方案,经650 h耐久试验,优化后的活塞销孔未出现开裂。研究表明,活塞销座阶梯形结构配合销孔双侧二次曲线异形结构可以改善销孔接触压力分布,使销孔承载面应力均匀进而降低销孔开裂风险。     

振荡冷却油腔活塞热结构强度的有限元分析

针对某增压柴油机振荡冷却油腔活塞的非对称结构，建立全活塞一活塞销一连杆小头的有限元模型；提出了振荡冷却油腔的第三类热边界条件的数学描述并进行了验证；通过建立活塞销和活塞销座孔的接触模型，研究了不同的卸载倾角对活塞结构强度的影响；采用阶谱单元(P单元)计算活塞回油槽等微细结构的力学效应；进行了在机械负荷和热负荷联合作用下的结构应力分析。     

活塞销孔结构对销孔承载能力影响的研究

活塞销孔、活塞销之间的配合是发动机上工作时最恶劣的配合之一,随着柴油机爆发压力的不断提高,对活塞销孔/销座的可靠性要求也不断提高。本文通过对不同结构形式的销孔进行液压脉冲承载能力对比试验,得到了不同结构活塞销孔的最大承载能力,从而为活塞销孔结构设计提供依据。     

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。     

活塞组件接触分析流程自动化及接触面设计研究

基于活塞销与活塞销座表面型线几何型线及刚度的差异,在热载荷与机械载荷的作用下发生不协调形变,产生较大的局部接触应力,采用有限元法对某型船用柴油机活塞销孔结合面型线进行优化设计。通过对原活塞模型进行分析并与静载试验结果对比,找出应力集中位置;采用有限元软件和自行开发程序,实现活塞销-孔接触副型面的自动优化设计;最终从优化结果中选取最佳优化方案。优化后,活塞销孔型面应力集中显著降低,接触型面上最大Mises应力下降55.5%。     

重型车用柴油机活塞销孔可靠性分析

活塞销孔/活塞销是发动机上工作条件最恶劣的摩擦副之一,随着柴油机的强化程度的不断提高,对活塞销孔/销座的可靠性要求也不断提高。本文通过介绍活塞销孔/销座的结构形式及活塞在柴油机中工作时的状态、失效形式及试验验证方法,从而揭示了影响活塞销孔承载能力的各种因素。     

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。     

柴油机活塞异形销孔结构设计与疲劳试验的综合性研究

针对某高负荷柴油发动机活塞在试验中出现销孔磨损及机油粘结的现象,基于对销孔表面承载和混合润滑模型的分析,提出了优化销孔表面应力分布的曲面设计方法.设计了6种不同幂指数函数销孔型面,利用数值模拟方法进行了活塞销孔的第三主应力分布对比,用于确定销孔的优化设计方案,并利用发动机试验进行了对比考核.分析及试验结果表明,采用合适的幂函数形式的活塞销孔型面结构可有效的均衡应力分布,达到了实现销孔动力润滑的目的.     

汽油机活塞热力耦合强度分析

采用活塞、活塞销和连杆组合的三维模型对活塞三维温度场进行分析。并以此为基础,对活塞进行机械负荷和热负荷耦合分析,计算了活塞耦合应力场。全面了解活塞热负荷和机械负荷下的活塞强度,并与单纯机械负荷下的活塞进行对比,分析温度对活塞应力分布的影响,为活塞改进设计提供参考。     

高负荷发动机活塞的开发

为适应市场发展需要,开发一款高负荷发动机用铝活塞。根据发动机的升功率和最高爆发压力,对活塞整体结构、活塞环岸、环槽、销孔、内冷油腔进行设计,通过采用活塞销孔镶铜套设计增加销孔的可靠性。有限元分析表明活塞满足强度要求;利用动力学仿真分析对活塞二阶运动进行评估,满足载荷要求。对装配该活塞的发动机进行1500 h台架试验,结果表明:活塞各项性能指标均满足发动机的设计和使用要求。     

柴油机活塞销座结构技术研究

针对活塞销座必须有足够的承载能力以适应越来越苛刻的工作条件:更高的最高燃烧压力和升功率,在分析销座承载能力影响因素的基础上,从增加销座与销之间接触面积的角度出发,对平行销座的间距优化、楔形或者阶梯形销座的设计进行了阐述。试验结果表明:采用楔形及阶梯形销座的活塞设计行之有效。     

某船用柴油机活塞件疲劳寿命预测及损伤演化分析

针对船用柴油机活塞在运行实际工况下出现活塞烧顶、活塞顶开裂等问题，本文运用有限元软件对船用柴油机活塞进行热机耦合仿真，模拟在周期性爆发压力、惯性力、热应力耦合作用下的活塞受力情况。利用Miner准则对其进行疲劳寿命预测，采用Aeran理论对活塞机械负荷、热负荷以及热机耦合三种边界条件下进行损伤演化分析，建立了活塞不同载荷条件下的加速寿命模型，确定了活塞循环次数与其损伤演化之间的关系。