船用柴油机活塞销孔开裂失效分析及优化

发布时间：2024-03-31 02:55

　　针对某船用柴油机活塞销孔开裂问题,对活塞进行失效分析,确认开裂的原因为销座结构和销孔设计不合理,通过有限元分析匹配不同销孔形线的销座结构对销孔接触压力和疲劳系数的影响,根据仿真结果确定优化方案,经650 h耐久试验,优化后的活塞销孔未出现开裂。研究表明,活塞销座阶梯形结构配合销孔双侧二次曲线异形结构可以改善销孔接触压力分布,使销孔承载面应力均匀进而降低销孔开裂风险。

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【部分图文】：

图1第4缸活塞销孔位置开裂

表1发动机主要技术参数缸径/mm行程/mm升功率/(kW·L-1)额定功率/kW额定转速/(r·min-1)最大扭矩/(N·m)最大扭矩转速/(r·min-1)设计爆发压力/MPa19030017.489010009900800172活塞失效原....

图2活塞裂纹形貌

活塞销孔开裂形式主要有两种:一种是疲劳开裂,虽然销孔承受的应力低于材料的屈服点,但在交变应力作用下,经过长时间的工作而产生裂纹导致销孔开裂;另一种是应力开裂,销座和销孔设计不合理或者工艺存在缺陷造成销孔处受力不均匀产生应力集中而发生开裂[9]。将失效活塞沿裂纹延伸面打开,如图2所....

图3失效活塞金相组织检测结果

利用电子显微镜确定裂纹源区域,如图4所示。由图4可知,铝合金纤维组织均匀致密,未见明显的缩松、氧化物夹杂等铸造缺陷。图4活塞裂纹源区域电镜分析

图4活塞裂纹源区域电镜分析

图3失效活塞金相组织检测结果经检测分析,失效部位的化学成分、理化特性都符合活塞材料的设计要求,电镜分析未发现明显的铸造缺陷,计算活塞销孔比压为58.8MPa,小于活塞销孔许可承载能力60MPa,需从其他方面分析销孔开裂原因。

本文编号：3943340