基于不同热障涂层组合的活塞传热与结构强度研究

• 作者: 周毅 雷基林 邓晰文 牛小强 文均 温志高
• 来源期刊: 机械设计
• 关键词: 柴油机 活塞 热障涂层 热机耦合
• 年，卷（期）: 2020,（12）
• 所属期刊栏目: 专题论文|Theses on special topics
• 页码范围: 28-36
• 页数: 9页
• 分类号: TK422
• 语种: 中文

摘要

热障涂层本身具备较低的热导率,能够有效降低金属基体的温度,对活塞热力性能、抗爆性能及燃烧性能都有着较为显著的改善.以一款四冲程非道路高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,采用热电偶测温法测试了活塞最大转矩工况下4个特征点的温度值,结合有限元分析方法建立了4种不同组合热障涂层活塞模型,对比分析了活塞温度场、热应力、耦合应力与变形.研究结果表明:涂层能够使活塞顶部温度下降约30℃,能有效减少活塞热损伤.有限元分析方法能够准确地反映活塞顶面温度分布情况,能为结构强度分析提供精确的边界条件.在一定范围内,随着陶瓷层厚度每增加0.05 mm,活塞的最高温度下降约4℃,相比无涂层活塞,最高温度降幅为38～51℃;陶瓷层与金属黏结层之间产生了160～230℃的温差,过大的温差会导致涂层失效,但这种温差会随陶瓷层厚度的减小而减小;随着陶瓷层厚度的变化,涂层活塞热应力与耦合应力具有相同的变化趋势,但不同涂层方案之间活塞热应力、耦合应力、变形的变化较小.