论文题目: 柴油机活塞热冲击问题的试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力机械及工程
作者: 谭建松
导师: 俞小莉
关键词: 活塞,高周热冲击,仿真计算,储测技术,激光加热,激光光束空间变换
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 活塞作为发动机的主要受热零件之一，在实际应用中，承受着剧烈的高周及低周热冲击作用，这是活塞热损伤的主要原因所在。本文在理论研究方面并没有建立更为复杂的模型，而是通过集总参数、一维平壁、二维轴对称三种不同模型对150活塞进行了仿真对比研究。研究工作的侧重点在试验上，主要进行了发动机多通道储测系统的研制，并利用该系统对150活塞实际工况下温度及应力进行了测量；同时在国内首次建立了基于激光加热的热冲击模拟试验台架，并创新性地将激光光束变换技术应用于活塞热冲击模拟试验。上述试验技术的开发为深入探索内燃机活塞等受热零部件热状态变化规律提供了先进的手段，进而为工程实际中热损伤现象的预防奠定了工作基础。 本文的主要工作及结论如下： 1)文中在给出活塞的集总参数模型、一维平壁模型、二维有限元模型的基础上，着重分析了考虑动态耦合效应的一维平壁模型。分析结果表明：一维平壁模型中惯性项与准静态计算结果差别甚微，可以忽略不计。同时通过计算可知，考虑耦合项的导热模型与傅立叶导热方程相比，仅是引进了一个常数项，两方程计算结果相差仅1.8％。通过对惯性项及耦合项的上述处理并以矩形波载荷为激励，得到了一维平壁模型的解析解。并从材料物性参数，载荷强度，载荷周期以及初始温度等方面研究了各参数对一维平壁模型仿真计算结果的影响，结果显示：在上述因素中，载荷强度对仿真结果的影响最为显著。 2)以150活塞为例，分别应用集总参数模型、一维平壁模型、二维轴对称有限元模型进行仿真对比研究。计算结果表明：三种模型都能够对活塞的高周热冲击过程进行模拟，活塞温度波动趋势相同，波动幅值存在差别。对于高周热冲击过程中的应力仿真，集总参数模型由于建立在忽略内部温度变化的基础上，因而不适用；一维平壁模型、二维轴对称模型的仿真结果与实际情况存在较大偏差，这是因为模型的计算精度与边界条件以及初始条件的选取有直接关系。因此，在活塞热冲击的研究上，理论模型的复杂程度并不是主要因素，边界条件和初始条件的选择是否合适才是模型是否实用的先决条件，而边界条件与初始条件的选择在很大程度上上依赖于试验。 3)研制了多通道活塞储测仪，该仪器可以安装于活塞底部，对活塞在实际运行过程中的温度、应力参数进行在线测量及存储，停机后再对储测仪内存储的试验数据进行处理。在150活塞上的实际应用表明，该系统的
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 研究现状
1.2.1 国外相关研究
1.2.2 国内相关研究
1.3 发动机热负荷研究目前存在的问题
1.3.1 理论研究
1.3.2 模拟试验方法
1.3.3 整机试验
1.4 本文的主要研究内容
1.4.1 本课题的难点
1.4.2 创新点
第二章 活塞高周热冲击问题的理论基础研究
2.1 高周热冲击模型
2.1.1 三角形模型
2.1.2 矩形波模型
2.2 活塞导热模型
2.2.1 集总参数导热模型
2.2.2 一维平壁导热模型
2.2.3 活塞多维导热模型
2.3 平壁的动态热应力模型
2.4 不同模型仿真计算及对比分析
2.4.1 集总参数模型的仿真计算
2.4.2 一维模型的仿真计算
2.4.3 二维有限元模型仿真计算
2.5 主要参数对模型计算结果的影响
2.5.1 材料物性参数的影响
2.5.2 载荷强度的影响
2.5.3 载荷周期的影响
2.5.4 初始温度的影响
2.6 小结
第三章 发动机多通道存储测试系统的研制及应用
3.1 储测技术的原理与应用现状
3.1.1 储测技术基本原理
3.1.2 测试技术应用现状
3.1.3 发动机运动构件参数的动态测量技术现状
3.2 发动机活塞存储测试系统
3.2.1 系统概述
3.2.2 系统工作原理及性能
3.2.3 系统构成
3.3 发动机多通道储测系统性能测试
3.3.1 多通道储测系统功能验证
3.3.2 储测系统频率响应试验
3.3.3 动态测试精度验证
3.4 活塞存储测试仪的应用
3.4.1 试验准备
3.4.2 试验步骤
3.4.3 试验结果及分析
3.5 小结
第四章 激光加热模拟试验系统的研制
4.1 概述
4.2 激光加热模拟试验台架总体方案设计
4.3 试验台架工作原理及基本组成
4.3.1 试验台架的工作原理
4.3.2 试验台架的基本组成
4.4 激光加热原理及激光器的选择
4.4.1 激光加热的原理
4.4.2 激光加热情况下材料的热传导
4.4.3 激光器的选择
4.5 激光光束变换技术
4.5.1 衍射理论基础
4.5.2 衍射原理
4.5.3 二元光学元件的设计方法
4.6 小结
第五章 激光加热模拟试验台架的调试及应用
5.1 试验台架调试
5.1.1 温度测量方式对比
5.1.2 激光加载过程的温度控制
5.1.3 激光光束变换试验
5.1.4 CCD裂纹检测
5.2 发动机活塞不同工况下热状态的模拟试验
5.2.1 稳态工况模拟试验
5.2.2 启动工况模拟试验
5.2.3 载荷突卸工况模拟试验
5.3 小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 今后工作展望
附录
参考文献
博士期间发表论文
致谢
发布时间: 2006-11-22
参考文献
- [1].热冲击问题的理论研究及其在内燃机中的应用[D]. 伍茜.浙江大学2005
- [2].活塞热冲击与随机传热过程的研究[D]. 沈季胜.浙江大学2002
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