柴油机活塞燃烧室疲劳开裂失效机理研究

以2种不同结构的柴油机活塞为研究对象,在相同的试验条件下进行发动机疲劳耐久可靠性台架试验,直至2种活塞分别开裂失效。试验结束后,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对活塞的微观组织和裂纹形貌进行表征,并结合有限元模拟对活塞燃烧室的开裂失效机理进行研究。研究结果表明:活塞在机械或热机耦合载荷作用下,燃烧室底部会出现较高的拉应力,而机械载荷的周向应力最大值出现在销孔方向的燃烧室底部;活塞运行时间越长,活塞材料越容易发生“过时效”,从而导致活塞的强度和硬度明显下降,引发开裂失效风险;通过将活塞内冷油腔位置向上移动,并根据燃烧室形状将内腔顶部进行等壁厚随形设计,可以降低燃烧室部位的机械及热机耦合应力,有效提高活塞服役寿命。

柴油机连杆的残余应力和疲劳强度试验研究

连杆在柴油机工作过程中承受复杂的载荷,而残余应力会导致连杆等零部件的早期失效。以某柴油机连杆为对象,系统地开展了2种不同结构设计方案的残余应力测量分析,并对优选出的方案进行疲劳强度测试。试验结果显示,2种连杆方案的残余应力分布情况呈现出相似的特点,分布均匀,应力值主要分布在400 MPa左右,但小头与杆身连接处局部仍存在残余应力值的不同。疲劳试验中连杆的断裂位置容易发生在小头与杆身连接处,连杆允许的强化系数在1.15~1.20之间。

大功率柴油机曲轴断裂原因分析与改进

对不同原因所导致的曲轴断裂实例进行了分析,结果显示曲轴断裂形式均为疲劳断裂,结构与工艺不匹配、原材料夹杂物、加工制造缺陷、平键装配错误、减振器失效、主轴颈碾瓦是这些曲轴发生断裂的直接原因。在此基础上,对导致曲轴疲劳断裂的内在因素和外在因素进行了分析讨论,为制定改进措施、提高曲轴使用寿命和可靠性提供了依据。

激光斜冲击对S1100型曲轴疲劳强度的影响

激光冲击加工连杆轴颈与曲柄连接处过渡区域曲面时,激光光束不能保证与曲面上每点切线方向始终垂直,为激光斜冲击强化。用Nd：glass激光器斜冲击强化连杆轴颈与曲柄连接处圆角区域。受冲击区域显微硬度比未冲击区域提高了65%~75%,残余应力提高了80%-100%,使用寿命提高了150%。激光斜冲击曲轴连杆轴颈与曲柄处圆角,残余应力和显微硬度提高最大处为圆角中心处,而这个位置正是易产生疲劳裂纹处,而圆角边缘处是疲劳强度非敏感区,对裂纹的产生影响不大。

6110柴油机曲轴的三维有限元分析

对6110柴油机整体曲轴建立了符合实际情况的三维模型,进行了三维有限元分析,研究了整体曲轴的应力状态和变形情况,并对曲轴在交变载荷下的疲劳强度进行了校核。对曲轴带飞轮和皮带轮及不带飞轮和皮带轮两种情况下进行了模态分析,并进行了比较。为柴油机曲轴的结构设计提供了有价值的理论依据。

基于有限元法的柴油机连杆强度分析研究

采用有限元接触分析的方法,利用ANSYS有限元分析软件对某型柴油机连杆进行了疲劳强度分析。根据连杆的实际工作状况,建立了按多体接触的三维模型,模拟了连杆零部件之间的接触;根据连杆的受载情况,分别就连杆承受的最大压力和最大拉力两种工况计算了连杆工作载荷,并利用APDL语言编程,将载荷以油膜压力分布的方式施加到连杆的轴瓦和衬套上。通过有限元的方法,基于接触理论对连杆进行了结构强度计算分析。实践证明,该方法能有效地指导连杆的设计工作。

基于特征建模的柴油机机体有限元分析

应用Pro/E特征建模技术和ANSYS有限元软件,建立了某大功率柴油机机体的有限元模型,采用了符合实际的边界条件施加方法,在预紧状态和最高燃烧压力两种工况下对其进行受力分析,确定了机体的最大应力部位;同时对机体的疲劳安全性进行了校核。结果表明,采用此有限元方法可为机体的评估和多方案改进设计提供计算依据。

曲轴不同平衡率对曲轴强度与振动特性的影响

曲轴不同平衡方案不仅直接影响整机振动与噪声,还影响曲轴的轻量化设计。研究不同平衡率方案曲轴对发动机振动与曲轴强度的影响,优化设计曲轴,对降低整机振动与提高可靠性具有重要意义。以非道路高压共轨四缸柴油机为研究对象,系统分析了不同平衡率与不同平衡块结构的4个曲轴方案的平衡性;通过曲轴模态试验与机体模态仿真,验证了曲轴和机体有限元模型的准确性;基于柔性多体动力学理论,建立了整机多体动力学仿真模型,研究了曲轴不同平衡率对额定转速工况下曲轴强度与振动特性的影响。研究结果表明:随着平衡率增加,曲轴各圆角处最大应力值增大,曲轴圆角疲劳安全系数降低;最大应力值为284.1 MPa,最小安全系数为1.7,均出现在四平衡块100%平衡率曲柄销圆角处。随着平衡率增加,油底壳关注点的不同谐次下振动加速度峰值减小,机体上各关注点的振动速度级降低,汽缸盖罩在低频段下振动速度级降低。随着平衡率增加,各倍频程下机体振动速度级降低,倍频程中心频率为500 Hz,汽缸盖罩和油底壳振动速度级增大。

48MnV非调质钢汽车发动机曲轴探伤磁痕现象分析及对疲劳性能的影响

对48MnV非调质钢汽车发动机曲轴探伤磁痕现象产生原因进行了分析,指出由于在锻造过程中原材料不均匀流变,造成原材料心部组织偏向连杆颈内侧部位,并在其后的机加工过程中心部组织外露,导致产生探伤磁痕现象。分析微观特征,结果证实其实质是心部碳偏析带在近表层的分布。分析了探伤磁痕现象对曲轴疲劳性能的影响,结果表明:对于按技术条件检验合格的原材料,曲轴出现的偏析现象不会成为疲劳裂纹优先萌生的条件,即偏析区与正常区域在零件受力中的行为没有明显差别,没有降低曲轴疲劳强度。

柴油机连杆疲劳强度评价研究

结合某V型柴油机连杆的疲劳强度测试试验,对连杆在装配工况以及拉、压工况下各关键位置的应力分布进行了有限元仿真分析,研究了采用不同应力分量进行连杆疲劳强度评价的适用性和准确性,在此基础上给出了该连杆疲劳寿命预估结果,并分析了造成寿命预估结果和试验测试结果差异性的主要影响因素,以确定一种工程上适用的连杆疲劳强度快速评价方法。

拖拉机发动机曲轴零部件有限元分析优化设计

为了提高拖拉机柴油发动机曲轴的设计和优化效率,将有限元仿真分析方法引入到了曲轴的设计中,并通过曲轴的三维建模和仿真分析,对曲轴进行了优化设计,在满足极限屈服力的条件下,降低了曲轴的质量,节省了曲轴加工制造的原材料。最后,通过有限元分析方法,对曲轴的共振情况、强度和疲劳情况进行了有限元分析,结果表明:优化后的曲轴不存在共振情况,且满足强度和疲劳设计要求,有效提高了曲轴的设计水平。

大功率柴油机连杆疲劳试验和数值模拟

对某型大功率柴油机连杆进行疲劳强度试验,观察连杆断口的微观形貌,分析连杆断裂的主要影响因素.试验结果表明:连杆杆身的残余压应力通常会使疲劳裂纹萌生在构件次表层,具有高平均应力水平的连杆小头对表层夹杂缺陷更加敏感.运用三维有限元数值计算方法和疲劳寿命预测理论,对连杆疲劳耐久性试验进行数值模拟.连杆疲劳试验与虚拟疲劳寿命预估结果的比较表明,基于材料S-N曲线的疲劳寿命预估方法在一定程度上能对疲劳试验中连杆破坏的薄弱部位和疲劳寿命进行模拟与预测.

YC6108Q柴油机连杆结构强度的分析和测试

有限元法应用于计算交变载荷下YC6108Q柴油机连杆的三向应力状态，这种应力状态具有多轮非同相（非比例）循环应力的特征，基于VonMiss屈服条件，引入Sines有效平均应力和有效应力幅的概念对连杆疲劳强度进行评估。同时通过疲劳试验对疲劳性能进行测试，计算评估和试验测试的一致性，使两方面的工作得到相互验证。

4102ZQ柴油机连杆的改进研究

用有限元法对 410 2ZQ柴油机连杆两种设计方案 (单油孔和双油孔 )的主要部位的应力、连杆大头内孔和小头内孔纵横向的变形进行了对比研究 ;根据VonMises屈服条件对连杆进行了疲劳强度校核。结果表明 ,两种方案均可满足 410 2ZQ柴油机增压的要求 ,双油孔方案优于单油孔方案。

大型柴油机曲轴断裂失效分析

用化学分析、力学性能试验、扫描电镜等方法分析了某大型柴油机曲轴早期断裂的原因。结果表明:宏观断口上有明显的疲劳源区和宏观疲劳条纹,曲轴属于疲劳断裂。疲劳裂纹萌生在曲轴油孔内表面的缺陷处(缺陷尺寸为767μm×500μm),该缺陷是机械加工油孔时刃具刀尖崩裂造成的,在工作交变扭转应力作用下缺陷萌生疲劳裂纹并扩展,导致曲轴发生早期疲劳断裂。

某柴油机气缸盖CAE优化设计分析

运用计算机辅助分析(CAE)技术对某机型气缸盖进行了模拟计算,分析了在热-机载荷作用下的气缸盖应力分布情况和应力峰值的变化,以及对气缸盖疲劳特性的影响,通过计算发现,气缸盖强度偏低和刚度不均衡时,易发生变形和疲劳破坏,基于此,提出了结构优化方案,通过优化局部结构,提高了气缸盖整体强度和刚度的均衡性,疲劳安全系数满足了实际使用要求。

大功率多缸柴油机曲轴疲劳强度评估方法

以某型大功率柴油机作为研究对象,采用ADAMS/Engine建立了多缸柴油机曲柄连杆机构多体动力学模型,计算得到了曲轴的工作载荷。通过建立曲轴的整体三维有限元模型,将主轴承对主轴颈的支撑边界定义为接触对以模拟实际的约束状态,并将动力学计算所得一个周期内的曲柄销载荷历程曲线离散为16个载荷点,并按照发火次序,组合得到了16个载荷工况以模拟曲轴上的交变载荷,载荷的施加采用函数分布的形式模拟滑动轴承的压力分布,通过非线性有限元分析得到曲轴的应力应变结果。在此基础上,利用曲轴材料性能数据绘制了曲轴Goodman疲劳强度曲线,自编后处理分析程序得到了曲轴上所有节点的疲劳强度安全系数。结果表明:材料为42CrMo的整体曲轴满足结构疲劳强度要求,油孔处和过渡圆角处的疲劳强度安全系数相对较小,采用Goodman疲劳曲线计算的最小疲劳强度安全系数为5.04。分析结果与曲轴实际失效位置一致。

某柴油机机体隔板结构强度评价分析研究

针对某型号柴油机改进后机体隔板的具体结构,应用电测试验、有限元计算分析手段进行了机体主隔板部位的应力测量和仿真计算。并且利用机械静强度理论和疲劳强度理论方法对两组应力数据进行了对比分析和隔板结构强度工程评价分析。发现该机体隔板局部位置存在疲劳隐患,不利于满足整机工作可靠性目标要求。结合具体原因,提出了机体隔板结构进一步优化的技术思路,为其结构可靠性提高提供了基础。

YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析

介绍了利用I DEAS软件的Simulation功能对YT1115柴油机曲轴进行有限元计算。在确定计算模型时 ,对曲轴尺寸参数和形状参数没有进行简化 ,而是采用整根曲轴的三维实体模型 ,共划分 4133个节点 ,1786 7个单元。并同时计算其疲劳安全系数。针对YT1115柴油机曲轴疲劳安全系数偏低 ,提出了改进意见。

圆角滚压工艺对ZH1110柴油机曲轴疲劳强度的影响研究

柴油机曲轴是承受扭矩的运动件,在用户使用过程中断曲轴是常见的故障。提高曲轴疲劳强度是工艺师长期探索的课题。曲轴圆角滚压强化工艺是强化工艺中效果较好的方法之一,文中对ZH1110单缸柴油机曲轴圆角滚压工艺参数进行优化设计和试验,将曲轴软氮化工艺与软氮化加圆角滚压工艺的疲劳强度进行比对试验,ZH1110柴油机软氮化曲轴加滚压后弯曲疲劳强度提高了61.4%,曲轴的疲劳强度显著得到改善。试验结果和多年的实践验证,曲轴软氮化加圆角滚压工艺是提高曲轴疲劳强度的有效方法。