基于发动机台架考核方法的气缸盖高周疲劳特性研究

依据发动机台架考核规范,运用疲劳强度理论,对某铸铁气缸盖进行高周疲劳强度评估。明确温度和应力随考核工况改变的变化行为,研究气缸盖各区域受工作载荷的影响状况,为缸盖寿命评估模型提供载荷边界。结合疲劳理论,在考虑材料修正的基础上进行了疲劳特性分析和损伤状况分析。分析表明,气缸盖各区域的疲劳安全系数均大于1,视为安全,但冷却钻孔区域的安全裕度较小。     

基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究

通过测试气缸盖本体解剖试样,获得气缸盖材料的循环应力应变特性,并利用仿真方法验证其合理性。在此基础上,依据发动机低周疲劳台架考核方法,运用子模型分析技术,得到考核循环内气缸盖火力面的应力分布和塑性变形特性。基于塑性应变能理论,结合试验测试,对火力面低周热机疲劳寿命进行预测和评估,分析表明排气鼻梁区的寿命较低,约为1100次。     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

载荷形式对V型柴油机机体疲劳寿命的影响

以某V型柴油机机体为研究对象,对两种载荷形式下机体疲劳试验方法进行了研究,对比计算了两种试验载荷加载方式下机体横隔板的疲劳寿命分布。研究结果表明,横隔板处的疲劳寿命分布基本相同,两种载荷形式对机体横隔板疲劳寿命的影响没有显著的差异。结合仿真结果,在实机试验中采取集中加载方式进行了验证,为后续确定机体疲劳试验的加载方式和载荷大小提供了依据。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

高强化柴油机迷宫式油气分离器结构影响研究

迷宫式油气分离器是重型柴油机油气预分离的主要设备,其性能直接影响柴油机排放达标度。基于CFD仿真在高窜气量下研究了迷宫式油气分离器主要结构参数对压力损失和分离效率的影响规律,包括过滤孔孔径、过滤孔板间距和过滤孔数量,并基于发动机试验台架对不同油气分离器的压力损失和分离效率开展试验验证。结果表明：在高窜气量条件下,对于以交错孔板进行分离的迷宫式油气分离器,对压力损失影响最大的是过滤孔板孔径,对分离效率影响最大的是过滤孔数量;在迷宫式油气分离器设计时应重点关注孔板开孔率。     

气缸盖火力板传热影响规律研究

基于平板传热理论和正交试验方法,探明了影响气缸盖火力板壁温的各换热边界的主次顺序和影响规律,研究结论可应用于气缸盖设计,为热负荷控制提供方向和参考。在某气缸盖研发过程中,结合上述理论,以控制火力面温度最低为目标,确定火力板厚度为首要的控制参数,并确定了最优值,同时验证了平板传热理论应用于探寻火力板温度影响规律的可行性和正确性。     

考虑机械约束的气缸盖低周疲劳试验与寿命预测

以某柴油机气缸盖为研究对象,开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作,用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中,考虑螺栓预紧载荷,结合刚度匹配计算,使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近,在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核,经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术,运用塑性应变能理论,计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命,分析表明,寿命最低的考察点位于排气鼻梁区,其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明,该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求,验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。