表面失效的研究及在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、活塞、活塞環(huán)、缸套是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件，它們的使用性能不僅和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性密切相關(guān)，同時(shí)還制約著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。目前已知這三個(gè)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(duì)表面磨損失效機(jī)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(dòng)機(jī)的工作性能和可靠性。
　　 本文首先建立了一磨損模擬模型來(lái)研究不同的加載路徑對(duì)磨損模型最終所處狀態(tài)的影響。該磨損模型由一個(gè)剛性平面和一個(gè)具有真

2、實(shí)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(jī)耦合，并考慮材料本構(gòu)關(guān)系隨溫度變化的影響，使得模擬模型更加精確。最終模擬結(jié)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(yīng)力分布都不相同，加載路徑對(duì)磨損模型溫度分布的影響主要體現(xiàn)在模型的表層，沿著模型的厚度方向?qū)囟确植嫉挠绊懼饾u減小。但其對(duì)磨損模型應(yīng)力場(chǎng)分布的影響不僅體現(xiàn)在模型表層，不同加載路徑下模型內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)分布差異也很大。
　　 然后，本文利用現(xiàn)有軟件AVL

3、.GLIDE對(duì)某活塞-活塞環(huán)-缸套系統(tǒng)的接觸潤(rùn)滑特性進(jìn)行模擬，將模擬結(jié)果與Archard磨損公式、求接觸溫升的Kuhlmann-Wilsdorf方法相結(jié)合，建立活塞-活塞環(huán)-缸套系統(tǒng)的磨損模型，對(duì)活塞、活塞環(huán)、缸套磨損特性進(jìn)行分析，得到了它們的磨損形貌和運(yùn)行過(guò)程中的接觸溫升。模擬結(jié)果顯示活塞環(huán)第一環(huán)的磨損最嚴(yán)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(yán)重。整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有粘著磨損發(fā)生，這和該發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況是相

4、符的。
　　 最后，本文對(duì)某鋼頂鐵裙組合式活塞進(jìn)行了靜態(tài)溫度場(chǎng)模擬和靜強(qiáng)度計(jì)算。結(jié)果顯示活塞項(xiàng)的最高溫度出現(xiàn)在排氣口側(cè)，燃?xì)鈮毫蜔嶝?fù)荷對(duì)活塞結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于慣性載荷和裝配載荷。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)活塞靜壓試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)工況進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果的應(yīng)變分布趨勢(shì)和變化規(guī)律和試驗(yàn)結(jié)果相符。然后，本文對(duì)該活塞進(jìn)行了無(wú)限壽命疲勞分析、熱疲勞分析和高周機(jī)械疲勞分析。疲勞分析結(jié)果顯示不同疲勞形式下活塞疲勞失效部位各不相同，在機(jī)械載