汽油机活塞顶面镀层的设计与仿真研究

基于有限元软件ABAQUS建立了镀层-活塞的三维几何模型,采用顺序热力耦合的有限元分析法,系统研究了镀层厚度、弹性模量和导热系数对活塞-镀层界面峰值应力的影响。结果表明：当镀层厚度在100～200μm时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层厚度的增大而增加,从163 MPa增加至212 MPa,增大了30.06%;当镀层弹性模量在200～600 GPa时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层弹性模量的增大而增加,从104 MPa增加至175 MPa,增大了68.27%;当涂层导热系数在50～400 W·m^-1·K^-1时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层导热系数的增大而基本保持不变,约为171 MPa。综合考虑活塞顶面的性能需求,依据界面峰值应力与镀层结合状态的演变机理并结合实际电镀工艺：镀层厚度以150μm左右为宜,弹性模量以SiC类复合镀层材料的400～600 GPa为宜。导热系数对薄涂层活塞应力场的影响十分有限。