表面失效的研究及在發(fā)動機零部件設計中的應用.pdf

1、活塞、活塞環(huán)、缸套是發(fā)動機的核心零部件，它們的使用性能不僅和發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性密切相關，同時還制約著發(fā)動機的可靠性。目前已知這三個零部件的主要失效形式是表面失效中的磨損失效和疲勞失效，因此對表面磨損失效機理以及它們的磨損特性和疲勞特性的研究將有利于改善它們的使用壽命，提高發(fā)動機的工作性能和可靠性。
　　 本文首先建立了一磨損模擬模型來研究不同的加載路徑對磨損模型最終所處狀態(tài)的影響。該磨損模型由一個剛性平面和一個具有真

2、實粗糙度表面形貌的彈性有限元模型組成，在模型中采用完全的熱機耦合，并考慮材料本構關系隨溫度變化的影響，使得模擬模型更加精確。最終模擬結果顯示不同加載路徑下磨損后粗糙度表層形貌、溫度分布、應力分布都不相同，加載路徑對磨損模型溫度分布的影響主要體現在模型的表層，沿著模型的厚度方向對溫度分布的影響逐漸減小。但其對磨損模型應力場分布的影響不僅體現在模型表層，不同加載路徑下模型內部應力場分布差異也很大。
　　 然后，本文利用現有軟件AVL

3、.GLIDE對某活塞-活塞環(huán)-缸套系統(tǒng)的接觸潤滑特性進行模擬，將模擬結果與Archard磨損公式、求接觸溫升的Kuhlmann-Wilsdorf方法相結合，建立活塞-活塞環(huán)-缸套系統(tǒng)的磨損模型，對活塞、活塞環(huán)、缸套磨損特性進行分析，得到了它們的磨損形貌和運行過程中的接觸溫升。模擬結果顯示活塞環(huán)第一環(huán)的磨損最嚴重，活塞的磨損主要發(fā)生在活塞裙中部，而缸套在頂部附近磨損嚴重。整個系統(tǒng)在運行過程中沒有粘著磨損發(fā)生，這和該發(fā)動機的實際運行情況是相

4、符的。
　　 最后，本文對某鋼頂鐵裙組合式活塞進行了靜態(tài)溫度場模擬和靜強度計算。結果顯示活塞項的最高溫度出現在排氣口側，燃氣壓力和熱負荷對活塞結構變形和應力分布的影響遠遠大于慣性載荷和裝配載荷。在此基礎上，本文對活塞靜壓試驗臺的試驗工況進行了模擬，模擬結果的應變分布趨勢和變化規(guī)律和試驗結果相符。然后，本文對該活塞進行了無限壽命疲勞分析、熱疲勞分析和高周機械疲勞分析。疲勞分析結果顯示不同疲勞形式下活塞疲勞失效部位各不相同，在機械載