熱障涂層本身具備較低的熱導(dǎo)率,能夠有效降低金屬基體的溫度,對活塞熱力性能、抗爆性能及燃燒性能都有著較為顯著的改善。以一款四沖程非道路高壓共軌柴油機鋁合金活塞為研究對象,采用熱電偶測溫法測試了活塞最大轉(zhuǎn)矩工況下4個特征點的溫度值,結(jié)合有限元分析方法建立了4種不同組合熱障涂層活塞模型,對比分析了活塞溫度場、熱應(yīng)力、耦合應(yīng)力與變形。研究結(jié)果表明:涂層能夠使活塞頂部溫度下降約30℃,能有效減少活塞熱損傷。有限元分析方法能夠準確地反映活塞頂面溫度分布情況,能為結(jié)構(gòu)強度分析提供精確的邊界條件。在一定范圍內(nèi),隨著陶瓷層厚度每增加0.05 mm,活塞的最高溫度下降約4℃,相比無涂層活塞,最高溫度降幅為38～51℃;陶瓷層與金屬黏結(jié)層之間產(chǎn)生了160～230℃的溫差,過大的溫差會導(dǎo)致涂層失效,但這種溫差會隨陶瓷層厚度的減小而減小;隨著陶瓷層厚度的變化,涂層活塞熱應(yīng)力與耦合應(yīng)力具有相同的變化趨勢,但不同涂層方案之間活塞熱應(yīng)力、耦合應(yīng)力、變形的變化較小。

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【文章目錄】：
1 溫度場試驗
    1.1 活塞相關(guān)物理參數(shù)
    1.2 測溫方法及測試點布置
    1.3 活塞表面溫度試驗結(jié)果
2 有限元模型建立
    2.1 活塞有限元模型
    2.2 換熱邊界條件確定
    2.3 機械載荷的確定
3 有限元結(jié)果分析
    3.1 熱障涂層對活塞溫度場的影響研究
    3.2 熱障涂層自身溫度場研究
    3.3 熱障涂層對活塞熱應(yīng)力的影響研究
    3.4 熱障涂層對活塞熱機耦合應(yīng)力的影響研究
    3.5 熱障涂層對活塞熱機耦合作用下變形的影響研究
4 結(jié)論



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