车用柴油机功率密度和轻量化要求不断提高,往往导致发动机零部件的刚度不足,部件接触面之间产生微位移和微动磨损,对零部件和整机的可靠性产生较大影响。对一款车用柴油机,建立曲轴、轴瓦、螺栓、机体、连杆多体接触有限元模型,根据发动机运行工况,分析一个循环内的载荷和应力分布变化规律;结合微动磨损的Archard模型和微动疲劳的SWT(Smith,Watson and Topper)准则,分析机体-轴瓦的微动磨损和疲劳规律;考虑结构和材料参数的分散性,结合可靠性理论,得到微动损伤可靠性随时间的变化规律。结果表明第四主轴承下轴瓦侧面和第二主轴承上下瓦结合面分别是微动磨损和疲劳的危险点;微动磨损的可靠度下降要快于微动疲劳的可靠度。研究结果为提高整机的可靠性提供了建议和参考。

从缸盖本体取样测试了其材料疲劳性能,提出了一种新的疲劳寿命分布模型选用方法,高应力低寿命区选用对数正态分布模型,低应力长寿命区选用三参数威布尔分布模型。给出了用Matlab计算三参数幂函数S-N模型参数的方法,并分析了不同S-N疲劳应力寿命模型拟合偏差,结果表明,三参数幂函数模型精度明显优于另外两种。最后根据计算结果拟合预测了疲劳强度,混合分布预测结果与升降法测试结果的偏差最小,为6 MPa。

为解决发动机气缸盖零部件温度梯度过大,热负荷产生的热应力和机械应力叠加导致气缸盖热疲劳失效的问题,通过实测灰铸铁气缸盖鼻梁区温度场分布,追踪气缸盖升温响应及其随冷却液、进气温度等不同影响因素的变化规律,为评估气缸盖热负荷水平和安全性及气缸盖设计与仿真计算提供参考。

以某柴油机气缸盖为研究对象,通过对50余个气缸盖进行不同边界条件进行热疲劳试验,获取不同边界条件下的气缸盖疲劳寿命。对试验结果进行数据分析得到修正的气缸盖热疲劳寿命,并预测其他边界的热疲劳寿命。对气缸盖台架的耐久试验进行分析预测,结果表明:气缸盖度低于360℃,预测热疲劳循寿命为在20000次循环以上,预测负载循环耐久试验可达10000h以上,满足气缸盖使用要求。