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仿生活塞疲劳寿命预测与回归设计
  • ISSN号:0253-987X
  • 期刊名称:《西安交通大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB17[生物学—生物工程]
  • 作者机构:[1]长春工程学院工程训练中心,长春130012, [2]长春工程学院水利与环境工程学院,长春130012, [3]吉林大学工程仿生教育部重点实验室,长春130022
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51375205);国家自然科学基金青年基金资助项目(51305157,51308066); 吉林省科技发展计划资助项目(20130522105JH)
中文摘要:

针对发动机活塞缸套系统的摩擦损失占发动机机械总功耗的50%的问题,基于贝壳体表条纹形凸脊结构的耐磨损特性,对发动机活塞在气缸内往复运动过程中裙部与缸壁产生周期性碰撞导致的磨损进行了仿生研究。将贝壳体表的结构形态以垂直竖状条纹形式沿活塞轴向贯穿设计于裙部,可起到减磨、卸载集中应力、提高疲劳寿命的效果。通过对标准和仿生活塞进行热-机耦合有限单元分析,得出了活塞各个部位的应力应变情况,根据曼森和科芬准则得出了仿生活塞各部位疲劳寿命,并对疲劳寿命进行部分正交多项式回归设计,找出了试验水平、因素与疲劳寿命的内在规律。选取最优仿生活塞和标准活塞进行了台架试验和机理分析,发现这种贯穿于裙部的活塞轴向的浅窄大间距条纹可提高活塞疲劳寿命,条纹深度对活塞各个部位的疲劳寿命影响最大,仿生活塞磨损量比标准活塞平均减小41.4%,温度平均降低7%。该结果可为发动机设计和耐磨损研究提供参考。

英文摘要:

The frictional loss of piston cylinder jacket system accounts for up to about 50% of the total mechanical power of engine.Peculiarity of sea shells in standing wear and tear is closely related to the stripe shape and ridge form on their surface.When piston,the main part of an engine,reciprocates within cylinder jacket,skirt and cylinder wall will produce periodic collision and abrasion.We conducted a bionic design on the piston skirt.The form of shell's surface was designed with vertical stripes through machining grooves along the axial direction of piston skirt in order to reduce attrition,release concentrated stress and improve fatigue life.First,through the thermal-mechanical coupling finite element analysis on both standard and bionic pistons,we analyzed the strain and stress of every part of the piston.Then we obtained the fatigue life of every part of the bionic piston according to Manson and Coffin formula.A partial orthogonal polynomial regression design on the fatigue life was conducted to find the inherent rules amongtest level,factors and fatigue life.Optimal bionic piston and standard piston were selected to conduct bench test and mechanism analysis.Results show that the grooves along the axial direction of piston skirt,with shallow or narrow and a large spacing,can improve the fatigue life of pistons.The wear and tear of the bionic piston is decreased by 41.4%,and the average temperature is lowered by 7% compared with standard piston.

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期刊信息
  • 《西安交通大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人共和国教育部
  • 主办单位:西安交通大学
  • 主编:陶文铨
  • 地址:西安市咸宁西路28号
  • 邮编:710049
  • 邮箱:xuebao@mail.xjtu.edu.cn
  • 电话:029-82668337 82667978
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-987X
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1069/T
  • 邮发代号:52-53
  • 获奖情况:
  • 美国《工程索引》(EI光盘版)定期收录的中文期刊,《中文核心期刊目录总览》综合类核心期刊,科技部《科技论文统计与分析》统计源,《中国科学引文数据库》刊源,获全国高校优秀科技期刊一等奖,“百种中国杰出学术期刊”称号,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27275