论文题目: 大功率机车组合活塞失效分析及其温度场有限元模拟
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料工程
作者: 任长春
导师: 吴申庆,胡恒法
关键词: 组合活塞,失效分析,温度场,有限元法,耐磨性能
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 280组合活塞在东风系列机车中使用一直较为正常,但在2001年铁路大提速后,该活塞相继出现在中修区内的活塞铝裙裂损而导致的事故。为了查找活塞铝裙的失效原因,受有关部门委托对活塞的失效行为进行分析。根据对活塞失效部位的断口宏观、微观检查,化学成分检验,金相组织检查和机械性能试验结果,结合活塞的服役条件确定活塞的失效是因疲劳而产生失效行为。有关部门对活塞铝裙进行了设计改进,为了评估改进效果,对原280活塞及改进方案进行了三维有限元温度场和应力场耦合分析。本文着重对活塞温度场进行模拟确定活塞的温度载荷进行有限元温度应力耦合分析,并对失效分析中认定的危险处进行温度校核。根据280活塞特点,采用了在PRO-E中建立模型再导入ANSYS中进行分网计算的方案。经过反复验算和调整,使得活塞模拟温度场与活塞实际温度场特征点温度一致,从而得到活塞的热边界条件。计算结果表明,参考特征点温度的计算值与试验测定值吻合,说明所得结果基本可靠。通过原280活塞及改进方案温度场的对比发现活塞改进前后温度场变化不大,活塞失效危险处温度改进后比改进前有所下降,约为3℃～7℃。三种活塞原材料磨损性能对比试验表明,三种材料耐磨性差别不大。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.1.1 大功率机车用活塞发展现状
1.1.2 钢顶铝裙组合活塞的常见失效形式
1.1.3 280 钢顶铝裙组合活塞的目前出现的问题
1.1.4 有限元分析技术在活塞研究设计中的发展现状
1.2 本课题研究的意义、内容及方法
1.2.1 本课题研究的意义
1.2.2 本课题研究的内容和方法
1.3 本课题特点及难点
第二章 组合活塞铝裙失效分析
2.1 断口的宏观检查
2.2 断口的微观检查
2.3 金相组织检查
2.4 化学成分检验
2.5 机械性能试验
2.6 失效原因综合分析
2.7 活塞裙体改进方案
2.8 小结
第三章 组合活塞温度场有限元模拟
3.1 有限元温度场计算的理论基础
3.1.1 传热学经典理论回顾
3.1.2 内燃机活塞的传热
3.1.3 求温度场的有限元法原理
3.2 热边界条件的计算方法
3.3 初始热边界条件的确定
3.4 组合活塞有限元计算模型的建立
3.4.1 结构模型的建立
3.4.2 有限元离散模型的建立
3.5 活塞温度场有限元的计算
3.5.1 材料特性
3.5.2 温度场计算过程
3.5.3 活塞温度场计算结果
3.6 活塞裂纹失效危险处温度校核
3.7 小结
第四章 活塞裙体材料耐磨性对比
4.1 试验方法
4.1.1 试验材料
4.1.2 干摩擦条件下磨损试验步骤
4.1.3 油润滑条件下磨损试验步骤
4.1.4 试验方案
4.2 实验结果
4.2.1 油润滑条件下的磨损试验结果
4.2.2 干摩擦条件下的磨损试验结果
4.3 材料的磨损分析
4.3.1 磨损基本理论
4.3.2 干摩擦条件下的磨损分析
4.3.3 油润滑条件下的磨损分析
4.4 小结
第五章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文
攻读硕士期间的科研成果
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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