柴油机铝硅合金活塞热疲劳加速试验方法、损伤机理与寿命预测模型研究

【编辑推荐】针对柴油机活塞在热循环载荷下易出现热疲劳的问题，研究人员通过创新性试验方法模拟活塞热载荷，结合实验与理论分析，揭示了燃烧室边缘热应力累积（Al/Si热膨胀失配）导致析出相微塑性变形开裂的机制，建立了耦合温度-频率的加速寿命预测模型（150°C–380°C工况下误差<5%），为抗疲劳设计与发动机可靠性提升提供关键技术支撑。

　　

柴油机活塞在热循环载荷和高压环境下极易发生热疲劳失效。这项研究提出了一种创新的试验方法，精准模拟活塞实际热载荷工况，通过实验与仿真联姻，系统解析了最高温度（T_max）、温度区间（ΔT）和循环频率对疲劳寿命的影响规律。研究发现：燃烧室边缘因温度梯度与铝(Al)/硅(Si)热膨胀系数差异引发的热应力累积，会导致析出相微塑性变形并萌生裂纹。当T_max升高、ΔT扩大或频率增加时，疲劳寿命呈指数级衰减，其中温度因素占据主导地位。基于此构建的多参数耦合加速寿命预测模型，在150°C–380°C、129 cycles/h的实验条件下验证显示，预测结果与实测数据相对误差不足5%。该成果为活塞抗疲劳设计提供了高精度寿命评估工具，对提升发动机服役可靠性具有重要工程价值。