分会场

设计制造润滑与可靠性

摘要

随着柴油机的强化程度不断提高，柴油机缸内温度和燃烧压力大幅度提升。活塞长期在高温高压的环境下工作，其热疲劳失效等故障几率也在增加。目前针对高强化柴油机中活塞在上机试验中热疲劳寿命难以预测的问题，提出采用加速热疲劳的方法进行预测。本文利用有限元仿真得到了铝合金活塞在实机工况(2100r/min,74kW)下的温度场和应力场分布，结果表明活塞最高温度出现在活塞喉口处为382.4℃，喉口温度波动幅值最大为28℃，活塞顶面塑性变形基本只发生在喉口处，热-机耦合应力场结果显示喉口此时应力为52.9MPa；循环计算结果显示喉口位置应力在循环加载过程中发生了明显屈服，喉口位置循环累计损伤最大，是更容易发生疲劳破坏的位置。在此基础上进行加速热疲劳试验，研究了不同试验影响因子对活塞热疲劳试验寿命的影响规律：随着水冷高度的增加，活塞轴向温度梯度增大，活塞寿命降低；在循环最高温度一致时，加热时间增加，活塞寿命随之降低；在加热时间一定时，活塞寿命随着循环最高温度的增加而减小。基于损伤力学的观点，建立了针对台架试验的铝合金活塞寿命预测模型，拟合得到模型置信度为 0.96，预测误差分布在二倍误差带以内，模型精度较高。

关键词

铝合金活塞;热疲劳;寿命预测

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