【摘要】：活塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”,是發(fā)動(dòng)機(jī)最為關(guān)鍵的零部件之一,其持續(xù)高效的穩(wěn)定工作對(duì)整個(gè)柴油機(jī)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著柴油機(jī)高強(qiáng)化系數(shù)、低油耗、重油適用性的要求,對(duì)柴油機(jī)的性能提出了更高的要求。本論文針對(duì)某公司將柴油機(jī)原來的整體活塞改為鐵裙組合活塞后,活塞的故障率明顯上升,接連發(fā)生了多起活塞頂開裂的事故,開展了活塞失效分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究,提高活塞性能的可靠性。本文著重從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究:(1)針對(duì)某船用中速柴油機(jī)失效活塞的開裂,分別從宏觀形貌以及微觀形貌,尺寸、化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)、力學(xué)等方面進(jìn)行分析;結(jié)合了疲勞分析的相關(guān)理論,分析了活塞開裂的原因。(2)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外對(duì)活塞有限元分析的研究情況,選取了適合本課題所研究活塞的邊界條件;建立該型活塞組件的三維模型,利用Abaqus有限元技術(shù)模擬計(jì)算活塞的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布情況,通過計(jì)算得到開裂源頭處溫度變化幅度最大,且開裂處的綜合應(yīng)力也最大,從而驗(yàn)證失效分析的正確性。(3)活塞結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別采取兩種方案:一是通過改進(jìn)冷卻腔的結(jié)構(gòu),增加冷卻降低失效部位的溫度從而減少熱應(yīng)力;二是增加熱障涂層,利用涂層材料的隔熱性能,降低整個(gè)活塞頂面的溫度。(4)利用Abaqus分析軟件,采用優(yōu)化后的邊界條件對(duì)兩種優(yōu)化方案進(jìn)行模擬計(jì)算,并與改進(jìn)前的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,再結(jié)合工藝可行性及經(jīng)濟(jì)性等工程化應(yīng)用情況,確定最優(yōu)方案。研究工作表明,通過活塞的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將顯著的降低活塞工作時(shí)的最大熱應(yīng)力,消除活塞頂開裂隱患。研究成果將為我國(guó)開發(fā)高性能柴油機(jī)提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U664.121

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656394