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船用低速机活塞温度场测试方法与疲劳分析研究
| 论文题名： | 船用低速机活塞温度场测试方法与疲劳分析研究 |
| 关键词： | 船用低速柴油机;活塞部件;温度场测试;热负荷;强度校核;疲劳寿命 |
| 摘要： | 活塞作为低速二冲程柴油机的主要运动件，同时承受着较高的热载荷和机械载荷，这些载荷是导致活塞发生故障的主要根源，因此对低速机活塞的热负荷、强度、疲劳进行研究，找出活塞的薄弱位置，对低速机的运行可靠性有着重要的意义。本文依托自主船用低速机原理样机研制项目，以某型低速机活塞为研究对象，研究其温度场测试方法并进行实机试验、计算其热负荷、评估其强度、分析其疲劳寿命，具体内容如下： 1.分析活塞温度场测试原理和方法，研究低速机活塞温度场测试方法。基于类似机型低速机活塞温度场仿真计算结果，设计低速机活塞温度场测试测点布置方案，研制低速机活塞温度场测试试验件。 2.根据活塞无线测温原理开发低速机活塞温度场测试系统，并对该测试系统的准确性和动态特性进行了验证，验证结果显示该测试系统满足测试需求；进行实机试验，连续测得多个工况下低速机活塞温度数据，该数据可为国产自主品牌的低速机活塞设计制造提供技术支持，同时可为低速机活塞温度场仿真计算提供试验验证。 3.基于ANSYS Workbench仿真计算平台，建立活塞有限元计算模型，确定活塞热负荷计算的热边界条件，计算得到三种负荷状态下(100%、105%、110%)活塞的温度场、热流场、热应力、热变形，并对100%负荷下活塞温度场仿真计算结果进行了验证，验证结果显示仿真计算准确度较高。在MCR工况下活塞最高温度为432.49℃，最大热应力约为240MPa，综合仿真结果可知该型活塞热负荷状态良好。 4.在低速机活塞热应力的基础上，应用顺序耦合的计算方法，计算得到三种负荷状态下(100%、105%、110%)活塞的热机耦合应力，三种工况下最大热机耦合应力分别约为413MPa、420MPa、432MPa，均低于该型活塞材料的屈服极限，强度可满足设计要求；以活塞热机耦合应力作为循环载荷，根据疲劳分析理论计算得到活塞的安全系数；将活塞热机耦合应力计算结果导入nCode designlife中，设置活塞材料的S-N曲线，计算得到MCR工况下活塞的寿命约为3.84万小时，结果显示活塞最小寿命大于该低速机返厂大修期。 基于以上的研究内容，能够对低速机活塞的性能做出很好的评估，可以为低速机活塞后续的优化设计和运维提供参考。 |
| 作者： | 周振 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 余永华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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