基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究.pdf

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1、第2期机械设计与制造2010年2月MachineryDesign&Manufacture121文章编号：1001—3997(2010)02一Ol21一O2基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究胡定云庞铭王建平吴波(中国北方发动机研究所，廊坊065000)AstudyonthelifeforecastforpistonbaseonthelowcyclethermalfatiguetestHUDing—yun，PANGMing，WANGJian—ping，WUBo(ChinaNorthEngineResearchIns

2、titute，Langfang065000，China)．．．．·‘．···I．．⋯··⋯’·‘-IJ．-·-⋯··I-．··⋯···．_‘·‘．·0···_．0-．_．．·．-l··⋯_l····_．．‘··-．．‘．·_⋯-．·-．．’．··0-．．0·_．．····_·0-1．··I．．IJ．·'0·⋯······’·_l‘，··0．·‘·⋯···⋯‘．·⋯，·．··．·‘．··．·’j【摘要】为了预测铝合金活塞在高温蠕变影响下的低周热疲劳寿命，根据活塞低周热疲劳试验反求确定其热边界条件，运用有限元法计算其温度

3、场及应力场。考虑材料『生能的温度效应，采用疲劳分析软件FE-FATIGUE中的E方法进行活塞低循环热疲劳寿命预测，经试验验证，软件预测与试验结果基本吻合。}关键词：活塞；低周；热疲劳；寿命预测【Abstract】predictf厶elowcyclethermalf~igue，ofpistondertheinfluenceofhid,temper一jaturecreep，accordingtothelowcyclethermall／testtocalculatethermalboundarycondition，舭tem

4、peraturefieldandstressfieldofpistonisobtainedbyusingfiniteelementmethod．Consideringtemper~ureeffectsofmaterialproperties，thelowcyclethermalfatiguefpredictionofpistoniscarriedoutbyE—NmethodoffatigueanalysissoftwareFE-FATIGUE，andthesofiwarepredictionresuhsarecon-

5、sisntwithteswel1．：；Keywords：Piston；Lowcycle；Thermalfatigue；Lifepredict。-．'’‘··‘‘’‘”·_．．‘·．．1·’‘。·I．-·’。’。‘‘·-．1I．J·I．’··‘m。‘·‘。’‘’。．．。‘‘’’·‘‘’‘。●“。·‘-’·’‘·’“·‘。’‘“··’m‘．．⋯‘·’‘’。·‘“·l。·I-．”·I-'’‘·‘⋯”·-Il·。‘’‘。·‘。’·‘‘’。·‘‘’‘”·I-．’·中图分类号：TH16，TK402．4文献标识码：A1概述：△(+

6、～Ao-a(3)22EE车用内燃机受热件的可靠性受热疲劳、高温蠕变、机械疲劳再由Basquin公式可得，等因素的综合作用和影响。热疲劳包括低周热疲劳和高周热疲=(2)(4)劳。内燃机的低周热疲劳是由于工况(负荷与转速)突变引起的，联立(1)、(2)和(4)可得到总应变幅与疲劳寿命的关系式如内燃机的起—停循环，其特点是温度及热应力变化幅值大，对零部件的热损伤高。活塞是内燃机的关键零部件，其低周热疲劳等=E(2)+(2)(5)寿命的预测研究为提高内燃机的可靠性提供了保障。Manson给出了一般情况下几个材料常数的估计方法

7、㈣，-建立了活塞低周热疲劳寿命预测模型，结合活塞激光热负倚-A。(6)试验平台反求出活塞的热边界条件，预测出活塞的寿命，其研究=3．5(7)结果为活塞的热疲劳研究奠定理论基础。b=-0．12(8)2数学物理模型c=-O．6(9)式中：／I一断裂伸长率；o-一抗拉强度。2．1数学模型由于高应力幅或应力集中等情况，使得循环加载期间产生大2_2物理模型量塑性变形时，则疲劳寿命将显著地变短。认识到塑性应变对引2．2．1有限元模型起永久疲劳损伤的重要作用，Coffin(1954)和Manson(1954)分别活塞结构基本对称有

8、限元计算取1，2活塞模型进行。该活塞材料为ZL109，其热物性参数，如表1、图1所示。活塞有限元计独立提出了基于塑I生应变的低周疲劳连续介质描述方法。算的网格模型，如图2所示。=s(2／、f，)(1)＼式中：一一塑性应变幅；一疲劳延性系数；，，vr—疲劳循环次萎1E一1数；c～疲劳延性指数。＼1E-2＼在恒应变幅条件下，总应变幅可写成弹性应变幅