CN103645101A - 一种活塞裙部结构的寿命测试方法 - Google Patents

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余中荣
廖君慧
黄祖东
肖鸿飞
朱娜
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Abstract

本发明公开了一种活塞裙部结构的寿命测试方法，包括以下步骤：1）确定初始应力水平SC；2）采用步进应力试验法确定极限应力水平SJ；3）通过两点法得到应力水平S与循环寿命N之间的关系方程lgN=b·lgS+a；4）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a估算活塞裙部在最大侧向力下工作的疲劳寿命。本发明提供的测试方法，通过步进应力试验法得到活塞裙部的极限应力水平SJ，之后利用两点法得到应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a；根据此方程估算活塞裙部在最大侧向力作用下工作的疲劳寿命，也可以根据特定的疲劳寿命估算出活塞裙部正常运行时所能承受的最大侧向力，即疲劳强度。

Description

一种活塞裙部结构的寿命测试方法
技术领域
本发明涉及活塞性能测试技术领域，特别涉及一种活塞裙部结构的寿命测试方法。
背景技术
活塞裙部在发动机气缸套内主要起导向和密封的作用，在运行过程中，也承受着侧压力。爆压越高活塞裙部承受的侧压力也越大，其结构的寿命要求也越高。
现有一种活塞裙部试验方法是：先计算出活塞裙部承受的最大侧压力的压力值，然后在活塞裙部脉冲疲劳试验机上用该压力值进行试验，试验循环次数为107次，以检查活塞裙部是否出现裂纹为标准，无裂纹，则通过试验。但是，现有的试验方法的试验数据单一，只能作为判断活塞是否合格的一个参考，并不能为活塞裙部结构提供优化改进的依据，不能进行疲劳强度和疲劳寿命的估算。
综上所述，如何对活塞裙部结构的寿命和疲劳强度进行估算和测试，成为了本领域技术任运亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞裙部结构的寿命测试方法，以对活塞裙部结构的寿命和疲劳强度进行估算和测试。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种活塞裙部结构的寿命测试方法，包括以下步骤：
1）确定初始应力水平SC；
2）采用步进应力试验法确定极限应力水平SJ：首先在所述初始应力水平SC下对活塞试样进行循环测试，之后在所述初始应力水平SC的基础上逐次增加应力水平，每次的应力增量为SZ，每次的循环测试次数为M，直至活塞试样出现裂纹为止，记录此时的应力水平，并作为极限应力水平SJ；
3）通过两点法得到应力水平S与循环寿命N之间的关系方程lgN=b·lgS+a，a和b为待估参数：对两组活塞试样分别进行测试，每组活塞试样的个数均至少为一个，其中，一组活塞试样在第一应力水平S1下进行循环测试，得到每个活塞试样的循环寿命N，然后求得第一平均循环寿命N1，另一组活塞试样在第二应力水平S2下进行循环测试，得到每个活塞的循环寿命N，然后求得第二平均循环寿命N2，将S1、N1和S2、N2分别带入所述关系方程中，计算出待估参数a和b的值，得到应力S与循环寿命N的关系方程；
4）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a估算活塞裙部在最大侧向力下工作的疲劳寿命。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述步骤3）之后还包括步骤：
31）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a绘制lgS-lgN曲线图。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述步骤1）中的初始应力水平SC的确定方法为：
初始应力水平SC=名义应力水平SM×期望的安全系数－应力增量SZ的1～2倍。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述期望的安全系数为1.5～2.0。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述应力增量SZ=名义应力水平×（20%～50%）。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述步骤3）中的第一应力水平S1为所述极限应力水平SJ；所述第二应力水平S2为所述极限应力水平SJ的50%～70%。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述步骤3）中的每组活塞试样的个数均至少为三个。
优选地，上述活塞裙部结构的寿命测试方法中，所述步骤2）中的每次的循环测试次数M的数量级为105。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的活塞裙部结构的寿命测试方法，通过步进应力试验法得到活塞裙部的极限应力水平SJ，之后利用两点法得到应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a；根据此方程估算活塞裙部在最大侧向力作用下工作的疲劳寿命，也可以根据特定的疲劳寿命估算出活塞裙部正常运行时所能承受的最大侧向力，即疲劳强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种活塞裙部结构的寿命测试方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供了一种活塞裙部结构的寿命测试方法，从而对活塞裙部结构的寿命和疲劳强度进行估算和测试，为活塞裙部结构的改进提供依据。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种活塞裙部结构的寿命测试方法的流程图。
文中S为应力水平、SC为初始应力水平、SJ为极限应力水平、SZ为应力增量、S1为第一应力水平、S2为第二应力水平；N为循环寿命、N1为第一平均循环寿命、N2为第二平均循环寿命、M为循环测试次数、a和b为应力水平S与循环寿命N之间的关系方程中的待估参数（此处为活塞结构参数）。
本发明实施例提供了一种活塞裙部结构的寿命测试方法，包括以下步骤：
1）确定初始应力水平SC；
初始应力水平SC可以根据具体的活塞结构进行确定，可以是经验值，也可以是通过理论公式计算得到，作为活塞裙部寿命测试的初始作用力。
2）采用步进应力试验法确定极限应力水平SJ：首先在所述初始应力水平SC下对活塞试样进行循环测试，之后在所述初始应力水平SC的基础上逐次增加应力水平，每次的应力增量为SZ，每次的循环测试次数为M，直至活塞试样出现裂纹为止，记录此时的应力水平，并作为极限应力水平SJ。其中，用于测试的活塞试样可以是一个，由一个活塞试样得到极限应力水平SJ，也可以是对多个活塞试样分别进行测试，得到多个极限应力水平SJ，再求平均值，作为该类活塞裙部的极限应力水平SJ。
3）通过两点法得到应力水平S与循环寿命N之间的关系方程lgN=b·lgS+a，a和b为待估参数，在此处为活塞结构参数：所谓两点法，即对两组活塞试样分别进行测试，每组活塞试样所得数据对应一点，每组中的活塞试样的个数均至少为一个，其中，一组活塞试样在第一应力水平S1下进行循环测试，得到每个活塞试样的循环寿命N，然后求得该组中的活塞试样的第一平均循环寿命N1，另一组活塞试样在第二应力水平S2下进行循环测试，得到每个活塞的循环寿命N，然后求得该组中的活塞试样的第二平均循环寿命N2，将S1、N1和S2、N2分别带入应力水平S与循环寿命N之间的关系方程lgN=b·lgS+a中，得到方程组，计算出待估参数a和b的值，得到应力S与循环寿命N的关系方程。
4）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a估算活塞裙部在最大侧向力下工作的疲劳寿命，将最大侧向力转化为应力水平S带入关系方程中，计算得到的循环寿命N就是疲劳寿命；也可以根据该关系方程估算出在特定疲劳寿命时的活塞裙部的疲劳强度，比如将疲劳寿命107带入关系方程中，得到的应力水平S即为活塞的疲劳强度。
进一步优化，本实施例中的活塞裙部结构的寿命测试方法的步骤3）之后还包括步骤：
31）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a绘制lgS-lgN曲线图。也可以在lgS-lgN曲线图中直接得到活塞裙部结构的疲劳寿命或疲劳强度。
本实施例中的活塞裙部结构的寿命测试方法中，步骤1）中的初始应力水平SC的确定方法为：
初始应力水平SC=名义应力水平SM×期望的安全系数－应力增量SZ的1～2倍。名义应力水平SM为活塞裙部结构设计所承受的最大应力。除了通过该理论公式得到初始应力水平SC之外，还可以根据经验得到不同活塞裙部结构的初始应力水平SC。
作为优化，本实施例中的期望的安全系数为1.5～2.0，更优选为1.5，当然，期望的安全系数根据活塞的工况进行调整，也并不局限于上述范围。
本实施例中的应力增量SZ=名义应力水平×（20%～50%），优选地，应力增量SZ=名义应力水平×20%。当然，根据实际的活塞类型进行应力增量大小的调整，并不局限于上述大小范围。
本发明实施例的一具体的活塞裙部结构的寿命测试方法中，步骤3）中的第一应力水平S1为极限应力水平SJ；第二应力水平S2为极限应力水平SJ的50%～70%，更优选地，第二应力水平S2为极限应力水平SJ的60%，这样，既保证了两个值之间存在较大跨度，可以更精确地确定待估参数a和b，并且不会因为第二应力水平S2过小而使测试时间过长，缩短了测试时间。当然，以上只是一种具体的测试数据，并不局限于上述数据范围。
为了减小测试误差，本实施例步骤3）中的每组的活塞试样的个数均至少为三个，通过求得每组活塞试样的循环寿命的平均值，提高测试精度。当然，每组的活塞试样的个数可以是一个、两个、四个或更多个，在此不做具体限定。
本实施例中，步骤2）中步进应力测试法的每次循环测试次数M的数量级为105，当然根据实际情况确定每次循环测试次数M，还可以是104、103等。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）确定初始应力水平SC；
2）采用步进应力试验法确定极限应力水平SJ：首先在所述初始应力水平SC下对活塞试样进行循环测试，之后在所述初始应力水平SC的基础上逐次增加应力水平，每次的应力增量为SZ，每次的循环测试次数为M，直至活塞试样出现裂纹为止，记录此时的应力水平，并作为极限应力水平SJ；
3）通过两点法得到应力水平S与循环寿命N之间的关系方程lgN=b·lgS+a，a和b为待估参数：对两组活塞试样分别进行测试，每组活塞试样的个数均至少为一个，其中，一组活塞试样在第一应力水平S1下进行循环测试，得到每个活塞试样的循环寿命N，然后求得第一平均循环寿命N1，另一组活塞试样在第二应力水平S2下进行循环测试，得到每个活塞的循环寿命N，然后求得第二平均循环寿命N2，将S1、N1和S2、N2分别带入所述关系方程中，计算出待估参数a和b的值，得到应力S与循环寿命N的关系方程；
4）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a估算活塞裙部在最大侧向力下工作的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述步骤3）之后还包括步骤：
31）根据应力水平S与循环寿命N的关系方程lgN=b·lgS+a绘制lgS-lgN曲线图。
3.根据权利要求1所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述步骤1）中的初始应力水平SC的确定方法为：
初始应力水平SC=名义应力水平SM×期望的安全系数－应力增量SZ的1～2倍。
4.根据权利要求3所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述期望的安全系数为1.5～2.0。
5.根据权利要求3所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述应力增量SZ=名义应力水平×（20%～50%）。
6.根据权利要求1所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述步骤3）中的第一应力水平S1为所述极限应力水平SJ；所述第二应力水平S2为所述极限应力水平SJ的50%～70%。
7.根据权利要求1所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述步骤3）中的每组活塞试样的个数均至少为三个。
8.根据权利要求1所述的活塞裙部结构的寿命测试方法，其特征在于，所述步骤2）中的每次的循环测试次数M的数量级为105。
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