本文關(guān)鍵詞：鈦合金活塞耐磨性設(shè)計及鑄造缺陷影響研究

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【摘要】：隨著內(nèi)燃機強化水平不斷提高,活塞被要求具有更強的高溫承載能力,開發(fā)新材料活塞以適應(yīng)高強化工況是一種新的發(fā)展趨勢。鈦合金作為一種新型的材料,相比活塞傳統(tǒng)材料具有比強度高、高溫性能優(yōu)良、導熱系數(shù)小等優(yōu)點,在活塞上有廣泛的應(yīng)用前景。但鈦合金材料耐磨性差,且在鑄造過程中常出現(xiàn)縮孔、縮松、夾雜等缺陷,導致其應(yīng)用范圍受到制約。本文圍繞限制鈦合金材料在活塞上應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)性問題,采用試驗研究和仿真分析相結(jié)合的方法,確定了鈦合金活塞的減摩耐磨方案,評估了鑄造缺陷對活塞結(jié)構(gòu)強度的影響。論文研究內(nèi)容包括以下三個方面:結(jié)合鈦合金的材料特性及加工工藝,設(shè)計出了一種新型鈦合金活塞。應(yīng)用性能仿真軟件計算確定了柴油機活塞有限元分析中所需的邊界條件,利用Abaqus軟件對活塞溫度場、應(yīng)力場和變形情況進行了仿真分析,結(jié)果顯示鈦合金活塞頭部隔熱效果明顯,頭部與裙部溫差大,活塞各位置強度滿足要求,整體變形較小。針對鈦合金材料耐磨性差這一關(guān)鍵問題,對活塞進行了減磨耐磨設(shè)計。計算校核了環(huán)槽處的磨損壽命,結(jié)果顯示ECC鍍膜滿足耐磨性要求。選取SPCC作為鈦合金活塞襯套材料,并經(jīng)過仿真分析研究將活塞與襯套間的過盈量定為0.10mm�；钊共坎捎迷贓CC鍍膜的基礎(chǔ)上加鍍二硫化鉬方案以提高耐磨性。結(jié)合活塞的變形情況,確定了鈦合金活塞的配缸間隙和側(cè)向型線�；阝伜辖鸩牧险鎸嵨⒂^結(jié)構(gòu)建立了RVE有限元模型,采用細觀力學有限元法分析了鑄造缺陷對鈦合金活塞的影響,仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好。細觀應(yīng)力、應(yīng)變場分析結(jié)果顯示:缺陷周圍的基體材料應(yīng)力較大,易發(fā)生局部失效。為校核活塞關(guān)鍵位置載荷情況,對含缺陷材料活塞進行應(yīng)力場計算分析,發(fā)現(xiàn)活塞喉口處的缺陷對活塞應(yīng)力分布影響較小,而活塞銷座內(nèi)側(cè)斜上方及內(nèi)腔頸部兩處位置的缺陷會使附近的應(yīng)力增大。
【關(guān)鍵詞】：活塞 鈦合金 耐磨 缺陷 細觀力學
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK403
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究目的及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究概況11-14
• 1.2.1 鈦合金在發(fā)動機中的應(yīng)用概況11-12
• 1.2.2 鈦合金材料鑄造缺陷研究概況12-13
• 1.2.3 細觀力學有限元法的發(fā)展與概況13-14
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容14-15
• 第2章 鈦合金活塞整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真15-31
• 2.1 鈦合金材料不同溫度單拉力學試驗15-17
• 2.2 鈦合金活塞結(jié)構(gòu)的確定17-19
• 2.2.1 活塞主要設(shè)計參數(shù)18-19
• 2.2.2 活塞模型的創(chuàng)建19
• 2.3 鈦合金活塞邊界條件確定19-25
• 2.3.1 活塞換熱邊界條件的確定21-24
• 2.3.2 活塞受力邊界條件的確定24-25
• 2.4 鈦合金活塞有限元仿真25-28
• 2.4.1 活塞有限元模型建立26-27
• 2.4.2 活塞仿真計算與分析27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-31
• 第3章 鈦合金活塞耐磨方案設(shè)計31-45
• 3.1 鈦合金活塞耐磨涂層選取31-33
• 3.2 活塞環(huán)區(qū)減摩耐磨設(shè)計33-35
• 3.2.1 活塞環(huán)槽間隙調(diào)整33-34
• 3.2.2 活塞環(huán)槽磨損壽命評估34-35
• 3.3 活塞銷孔減摩耐磨設(shè)計35-40
• 3.3.1 活塞銷孔襯套材料選取36
• 3.3.2 活塞銷孔襯套過盈量確定36-40
• 3.4 活塞裙部減摩耐磨設(shè)計40-44
• 3.4.1 活塞裙部耐磨涂層設(shè)計40-41
• 3.4.2 活塞配缸間隙設(shè)計41
• 3.4.3 活塞型線設(shè)計41-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第4章 含鑄造缺陷的鈦合金活塞計算分析45-61
• 4.1 基于真實結(jié)構(gòu)的細觀仿真模型構(gòu)造45-50
• 4.1.1 組織觀察及圖像處理45-47
• 4.1.2 細觀有限元模型建立47-50
• 4.2 RVE仿真計算結(jié)果分析50-56
• 4.2.1 不同溫度下材料單拉曲線計算結(jié)果50-54
• 4.2.2 不同溫度下RVE應(yīng)力應(yīng)變場分析54-56
• 4.3 鈦合金活塞中鑄造缺陷的影響分析56-59
• 4.3.1 鈦合金活塞鑄造缺陷觀察57
• 4.3.2 含鑄造缺陷的鈦合金活塞應(yīng)力分析57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 全文總結(jié)61-62
• 5.2 工作展望62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

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本文編號：858430