热机耦合下低速柴油机活塞蠕变-疲劳寿命

摘要

为分析船用低速机活塞在热-机械负荷作用下导致的失效,以低速柴油机活塞为例,推导了高温蠕变和热机耦合疲劳同时作用下的损伤累积模型和寿命预测方程,建立了活塞温度场计算模型,并结合温度场测试进行了验证,对最大连续运行工况(MRC)和超负荷工况(OR)下活塞的温度场、热应力、热变形和热机耦合应力进行了分析,对蠕变-疲劳损伤下的活塞寿命进行了评估.结果表明:活塞温度场仿真与测试的误差在5%以内,活塞在100%负荷条件下纯蠕变寿命约为46500 h,危险点位于活塞顶面喉口附近高温区,纯疲劳寿命约为38400 h,危险点位于活塞与活塞杆接触面边缘;而在蠕变-疲劳复合损伤状态下,活塞的服役寿命降至21000 h,较纯蠕变寿命降低54%,较纯疲劳寿命降低45%,危险点位于活塞温度较高且热应力相对较大的活塞顶面燃烧室盆部区域.