第5期（总第232期） 2017年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5 (Serial No 232)
Oct2017
基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测
许春光，王根全，景国玺，卫军朝，李鹏，文洋（中国北方发动机研究所（天津），天津300400）
摘要：针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况，建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程；采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型，道过与试验数据对比进行模型标定，计算了各工况下活塞温度场及应力；采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疫劳寿命进行预测，采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明：采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测；活塞冷却油腔位置处寿命最低，但可满足柴油机考核使用要求
关键词：柴油机；耐久性;试验规范活塞；高周疲劳;寿命预测 DOI:10 3969/jissn 1001-2222 2017 05 009
中图分类号：TK42713文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)05-0044-07
当前柴油机功率密度不断提升，转速、缸内温度及最高燃烧压力相应升高，燃烧室部件承受的热负简、机械负简增加，对部件进行疲劳评估成为设计者们越来越关注的问题。活塞是柴油机燃烧室中关键部件，其不仅承受柴油机运转过程中往复惯性力，还承受高温、高压燃气作用，开展活塞疲劳寿命预测研究，不断优化活塞结构设计，是柴油机顺利通过台架考核的根本保证。
目前，我国大功率柴油机的考核主要依据 GJB54641一2005中附录E1（柴油机台架试验：可靠性、耐久性试验)进行台架耐久性考核"，活塞在台架考核工况下承受周期性变载荷作用。这种承受周期性变载荷构件的疲劳寿命预测比较复杂，目前主要采用累积损伤准则进行寿命预测[3-4]。累积损伤准则主要包括非线性累积损伤准则、线性累积损伤准则及双线性累积损伤准则。当前最简单和应用广泛的寿命预测准则是Miner线性累积损伤准则5了，但许多研究表明线性累积损伤准则是不可靠的,预测结果偏于冒险。而非线性累积损伤准则预测精度较高，但计算过程选代过于完长、繁锁。综合两种损伤准则的优缺点，Manson和Halford提出了双线性损伤准则，可以较为准确、快速地进行变载荷循环下构件寿命预测。
活塞在工作过程中的疲劳损伤主要包括高周疲收稿日期：2017-03-02；修回日期：2017-09-04
劳损伤和低周疲劳损伤了。高周疲劳损伤主要是指在发动机一个工作循环中承受的高频变化的温度、燃气爆发压力及往复惯性力带来的损伤。低周疲劳损伤主要是指在柴油机启停等工况变化过程中导致活塞温度大范围变化引起的材料塑性变形、蠕变等损伤。在依据GJB54641一2005中附录E1规范进行柴油机考核时，活塞主要承受高周疲劳损伤，本研究主要采用双线性损伤准则进行柴油机台架考核工况下的活塞高周疲劳寿命预测，为活塞的结构设计及改进提供技术支撑。
双线性累积损伤准则基本理论
双线性累积损伤模型认为疲劳至少是一个两阶段过程"」：裂纹萌生和裂纹扩展，因此可以假设损伤曲线模型是双线性的。双线性模型损伤曲线累积准则及等效的损伤模型则图1。
1.0
第二阶段 D 防D
第一阶段
循环次数N， a双线性累积损快
作者简介：许春光（1983一），男，副研究员，硕士，主要研究方向为案油机曲柄连杆机构；xuchunguang320@163com。