基于温度场试验铝合金活塞疲劳寿命预测的研究

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1、图书分类号TK422密级非密UDC621.4硕士学位论文基于温度场试验的铝合金活塞疲劳寿命预测研究李慧指导教师苏铁熊教授刘晓勇讲师申请学位级别工学硕士专业名称动力机械及工程论文提交日期2012年04月20日论文答辩日期2012年06月04日学位授予日期年月日论文评阅人朱建儒副教授董晓瑞副教授答辩委员会主席张儒华研究员2012年04月20日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果

2、。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文

3、基于温度场试验的铝合金活塞疲劳寿命预测研究摘要活塞是发动机的关键零件之一，工作中受到周期性变化的燃气压力、往复惯性力、侧向压力、销座支反力和摩擦力等机械载荷的作用；同时活塞顶部温度较高且分布不均匀，存在很大的热应力。在机械负荷与热负荷的共同作用下产生热-机耦合应力，容易产生疲劳失效。针对上述问题，本文以ML142铝合金活塞为研究对象，采用有限元软件ANSYS模拟分析了两种最高燃烧压力的活塞温度场及热-机耦合应力，基于疲劳分析理论使用疲劳分析软件MSC.Fatigue预测了两种最高燃烧压力的活塞疲劳寿命。运用一

4、维性能分析软件AVLboost模拟气缸内随曲轴转角变化的燃气温度及传热系数的变化规律，并求得燃气平均换热系数和平均温度；采用经验公式分别计算了活塞与冷却液、内冷油腔之间的换热系数，得到了活塞的热边界条件。运用Pro/ENGINEER软件建立活塞三维实体模型，导入有限元软件ANSYS后，对活塞模型进行有限元离散化处理，在有限元模型上施加热边界条件，求解得到两种最高燃烧压力的活塞温度场。同时与采用热电偶的方法试验测试的一种最高燃烧压力的活塞温度场作对比分析，从而验证有限元数值模拟温度场的准确程度。运用有限元软件A

5、NSYS，在保证热和结构单元具有相同的节点数的前提下，设置活塞热-机耦合的位移边界条件和接触边界条件，采用顺序耦合法将活塞温度载荷和机械载荷加载到活塞模型上，求解两种最高燃烧压力的活塞热-机耦合应力，分析了活塞的最大应力部位和危险结构部位。将活塞的热-机耦合应力导入疲劳分析软件MSC.Fatigue中，编制活塞在各工况下的载荷谱，拟合不同温度条件下活塞材料的SN曲线，设置材料的屈服极限和杨氏模量，选择活塞的等效应力为VonMises应力，得到活塞在两种最高燃烧压力的疲劳寿命预测结果。关键词：活塞，有限元，温

6、度场，热-机耦合，疲劳寿命中北大学学位论文BasedontheTemperatureFieldTestResearchonFatigueLifePredictionofAluminumAlloyPistonAbstractPistonisoneofkeypartofengines,workbytheperiodicchangeofthegaspressure,reciprocatinginertiaforce,lateralpressure,thepinseatsupportingreactionforcea

7、ndfrictionforceandmechanicalloads;atthesametimeatthetopofthepistonwithahightemperaturedistributionisnotuniform,thereisgreatthermalstress.Inthemechanicalloadandthermalloadeffectsofthermal-mechanicalcouplingstress,easytoproducefatiguefailure.Inviewoftheabovep

8、roblems,thispapertakesML142pistonaluminumalloyastheresearchobject,usingthefiniteelementsoftwareANSYSsimulationanalysisoftwokindsofmaximumcombustionpressureofpistontemperaturefieldandcoupledthermo-mecha