基于溫度場試驗(yàn)的鋁合金活塞疲勞壽命預(yù)測研究.pdf

1、活塞是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零件之一，工作中受到周期性變化的燃?xì)鈮毫Α⑼鶑?fù)慣性力、側(cè)向壓力、銷座支反力和摩擦力等機(jī)械載荷的作用；同時(shí)活塞頂部溫度較高且分布不均勻，存在很大的熱應(yīng)力。在機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷的共同作用下產(chǎn)生熱-機(jī)耦合應(yīng)力，容易產(chǎn)生疲勞失效。針對上述問題，本文以ML142鋁合金活塞為研究對象，采用有限元軟件ANSYS模擬分析了兩種最高燃燒壓力的活塞溫度場及熱-機(jī)耦合應(yīng)力，基于疲勞分析理論使用疲勞分析軟件MSC.Fatigue預(yù)測了兩種最高燃

2、燒壓力的活塞疲勞壽命。
　　運(yùn)用一維性能分析軟件AVL boost模擬氣缸內(nèi)隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的燃?xì)鉁囟燃皞鳠嵯禂?shù)的變化規(guī)律，并求得燃?xì)馄骄鶕Q熱系數(shù)和平均溫度；采用經(jīng)驗(yàn)公式分別計(jì)算了活塞與冷卻液、內(nèi)冷油腔之間的換熱系數(shù)，得到了活塞的熱邊界條件。運(yùn)用Pro/ENGINEER軟件建立活塞三維實(shí)體模型，導(dǎo)入有限元軟件ANSYS后，對活塞模型進(jìn)行有限元離散化處理，在有限元模型上施加熱邊界條件，求解得到兩種最高燃燒壓力的活塞溫度場。同時(shí)與采用熱

3、電偶的方法試驗(yàn)測試的一種最高燃燒壓力的活塞溫度場作對比分析，從而驗(yàn)證有限元數(shù)值模擬溫度場的準(zhǔn)確程度。
　　運(yùn)用有限元軟件 ANSYS，在保證熱和結(jié)構(gòu)單元具有相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)的前提下，設(shè)置活塞熱-機(jī)耦合的位移邊界條件和接觸邊界條件，采用順序耦合法將活塞溫度載荷和機(jī)械載荷加載到活塞模型上，求解兩種最高燃燒壓力的活塞熱-機(jī)耦合應(yīng)力，分析了活塞的最大應(yīng)力部位和危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)部位。
　　將活塞的熱-機(jī)耦合應(yīng)力導(dǎo)入疲勞分析軟件MSC.Fatigu