CN107941483A - 一种发动机复杂铸件性能分区评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机复杂铸件性能分区评价方法，包括如下步骤：1)将发动机的复杂铸件进行分区，分别取出标准试样和微小试样；2)分别测定每个区域的标准试样和微小试样的强度极限、抗压强度、屈服极限、拉压疲劳极限、弯曲疲劳极限；3)建立标准试样和微小试样的关联关系：4)得到每个区域的关联系数m,应用加权平均法确定此复杂铸件的标准试样和微小试样的关联系数；应用该关系，对此复杂铸件的薄壁区取微小试样并对其力学性能、疲劳性能测试，然后再应用该关联关系确定此复杂铸件的薄壁区的疲劳强度和疲劳寿命。本发明具有以下优势：解决了发动机复杂铸件机体、气缸盖等零件不同材料、不同部位力学性能的分区评价。

Description

一种发动机复杂铸件性能分区评价方法

技术领域

本发明属于发动机部件性能评价技术领域，尤其是涉及一种发动机复杂铸件性能分区评价方法。

背景技术

目前，对于发动机组成中的复杂铸件诸如机体、气缸盖等零件，在对铸件进行验收和检验过程中，仍然无法准确、全面的评估本体结构的力学性能。现有手段仅仅根据附浇试样和本体厚大部位取样，优点是操作简单，缺点是不能全面反映整个构件的性能，特别是那些承力结构关键部位的力学性能，例如气缸体两缸之间区域、气道壁、水腔与强力螺栓相邻区域等，无法准确获取这些部位的力学性能数据。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机复杂铸件性能分区评价方法，以解决了发动机复杂铸件不同材料、不同部位力学性能的分区评价问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机复杂铸件性能分区评价方法，包括如下步骤：

1)将发动机的复杂铸件进行分区，在能够取出满足标准试样尺寸要求的多个区域上，分别取出标准试样和微小试样；

2)分别测定每个区域的标准试样2和微小试样3的强度极限σb、抗压强度σbc、屈服极限σs、拉压疲劳极限σ-1l、弯曲疲劳极限σ-1w；

3)建立标准试样2和微小试样3的关联关系：

σ_ib＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibw；

σ_ibc＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibcw；

σ_is＝mμ_iλ_iδ_iσ_isw；

σ_i-1l＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1lw；

σ_i-1w＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1ww；

式中：i是指不同区域，m是关联系数，σ_ib是标准试样的强度极限，σ_ibw是微小试样的强度极限，σ_ibc是标准试样的抗压强度，σ_ibcw是微小试样的抗压强度，σ_is是标准试样的屈服极限，σ_isw是微小试样的屈服极限，σ_i-1l是标准试样的拉压疲劳极限，σ_i-1lw是微小试样的拉压疲劳极限，σ_i-1w是标准试样的弯曲疲劳极限，σ_i-1ww是微小试样的弯曲疲劳极限，μ_i是试样表面加工质量，λ_i是材料种类影响因子，δ_i是试样尺寸影响因子；

4)得到每个区域的关联系数m,应用加权平均法确定此复杂铸件的标准试样2和微小试样3的关联系数m_i；应用该关系，对此复杂铸件的薄壁区取微小试样3并对其力学性能、疲劳性能测试，然后再应用该关联关系确定此复杂铸件的薄壁区的疲劳强度和疲劳寿命。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明解决了发动机复杂铸件机体、气缸盖等零件不同材料、不同部位力学性能的分区评价。确定了复杂铸件仿真分析与强度分区评价的力学性能试样解剖的特征部位，通过建立非标准微小试样与标准试样力学性能的差异性和规律研究，对无法取出标准尺寸力学性能试样的部位，采用非标准微小试样进行实验测定。通过对复杂铸件不同分区力学性能测定规范研究，排除因环境、设备以及操作习惯等人为因素对力学性能测定精度的影响，确保其不同分区、不同材料力学性能重复测定的精度及其可信度。

(2)分区定位研究的优点是可以获取发动机机体、气缸盖等复杂铸件指定特征部位的力学性能，在对该类结构件进行仿真分析、部件试验、整机试验时，可以进行分区评价，为柴油机结构预测设计、仿真分析与强度评价提供技术支撑。该方法具有十分重要的工程意义，为复杂结构件薄壁区域力学性能的量化控制奠定了基础。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述机体区域一的示意图；

图2为本发明实施例1所述机体区域二的示意图；

图3为本发明实施例1所述机体区域三的示意图；

图4为本发明实施例1所述机体区域四的示意图；

图5为本发明实施例1所述机体区域五的示意图；

图6为本发明实施例1所述机体区域六的示意图；

图7为本发明实施例2所述气缸盖的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1，机体的性能分区评价方法如下：

所述机体本体主要分为6个区域，分别是横隔板(区域1)，机体与主轴承盖结合面(区域2)，机体底面(区域3)，机体侧壁(区域4)，机体螺栓根部(区域5)，机体与气缸盖结合面(区域6)，机体本体分区分别如图1～图6所示。

在上述6个区域，分别为机体的横隔板1、机体与主轴承盖结合面4、机体底面5、机体侧壁6、机体螺栓根部7、机体与气缸盖结合面8上均取标准试样2和微小试样3；

分别测定每个区域的标准试样2和微小试样3的强度极限σb、抗压强度σbc、屈服极限σs、拉压疲劳极限σ-1l、弯曲疲劳极限σ-1w。

然后，建立标准试样2和微小试样3的关联关系：

σ_ib＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibw；

σ_ibc＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibcw；

σ_is＝mμ_iλ_iδ_iσ_isw；

σ_i-1l＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1lw；

σ_i-1w＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1ww；

式中：i是指不同区域，m是关联系数，σ_ib是标准试样的强度极限，σ_ibw是微小试样的强度极限，σ_ibc是标准试样的抗压强度，σ_ibcw是微小试样的抗压强度，σ_is是标准试样的屈服极限，σ_isw是微小试样的屈服极限，σ_i-1l是标准试样的拉压疲劳极限，σ_i-1lw是微小试样的拉压疲劳极限，σ_i-1w是标准试样的弯曲疲劳极限，σ_i-1ww是微小试样的弯曲疲劳极限，μ_i是试样表面加工质量，λ_i是材料种类影响因子，δ_i是试样尺寸影响因子。(特别指出后续参数意义与此一致。)

所述机体6个区域分别找出关联系数m,应用加权平均法确定机体本体标准试样2和微小试样3的关联系数m_i；

应用该关系，对机体薄壁区(薄壁区指无法取出标准尺寸力学性能试样的部位)的微小试样3的力学性能、疲劳性能测试，然后再应用该关联关系确定机体薄壁区的疲劳强度和疲劳寿命。

实施例2，气缸盖的性能分区评价方法如下：

所述气缸盖本体主要分为5个区域，分别是顶板(区域7)，底板(区域8)，侧壁(区域9)，缸盖螺栓孔位置(区域10)，气道壁(区域11)，气缸盖本体分区如图7所示。

在气缸盖顶板9、底板10、侧壁11、缸盖螺栓孔位置12，气道13这5个区域分别取标准试样2和微小试样3；

分别测定各个区域的标准试样2和微小试样3的强度极限σ_b、抗压强度σ_bc、屈服极限σ_s、拉压疲劳极限σ_-1l、弯曲疲劳极限σ_-1w；

然后建立标准试样2和微小试样3的关联关系：

σ_ib＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibw；

σ_ibc＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibcw；

σ_is＝mμ_iλ_iδ_iσ_isw；

σ_i-1l＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1lw；

σ_i-1w＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1ww；

式中，各个符号的含义同实施例1。

所述气缸盖5个区域分别找出关联系数m,应用加权平均法确定气缸盖本体标准试样2和微小试样3的关联系数m_i；

应用该关系，对气缸盖薄壁区微小试样3的力学性能、疲劳性能测试，然后再应用该关联关系确定气缸盖薄壁区的疲劳强度和疲劳寿命。

疲劳强度评价准则n＝σ_-1min/σ_a≥[n],根据零件的S-N曲线，按照下式计算出复杂铸件的应力σ_j，σ_j＝[n]σ_a，将σ_j代入零件的S-N曲线表达式，即可计算出疲劳寿命N；

疲劳寿命评价准则：

σ_j＝[n]σ_a

式中n为工作安全系数，σ_a为工作许用应力，σ_-1min为拉压或者弯曲疲劳极限中的最小值，[n]为许用安全系数，σ_j为工作应力。

机体与气缸盖的标准试样2的规格分别为18×18×70、18×18×118；机体、气缸盖微、薄壁区的微小试样3的规格分别为8×8×22、15×15×45、30×30×85。并且要求微小试样3与标准试样2的加工质量保持一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种发动机复杂铸件性能分区评价方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将发动机的复杂铸件进行分区，在能够取出满足标准试样尺寸要求的多个区域上，分别取出标准试样和微小试样；

2)分别测定每个区域的标准试样2和微小试样3的强度极限σb、抗压强度σbc、屈服极限σs、拉压疲劳极限σ-1l、弯曲疲劳极限σ-1w；

3)建立标准试样2和微小试样3的关联关系：

σ_ib＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibw；

σ_ibc＝mμ_iλ_iδ_iσ_ibcw；

σ_is＝mμ_iλ_iδ_iσ_isw；

σ_i-1l＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1lw；

σ_i-1w＝mμ_iλ_iδ_iσ_i-1ww；

式中：i是指不同区域，m是关联系数，σ_ib是标准试样的强度极限，σ_ibw是微小试样的强度极限，σ_ibc是标准试样的抗压强度，σ_ibcw是微小试样的抗压强度，σ_is是标准试样的屈服极限，σ_isw是微小试样的屈服极限，σ_i-1l是标准试样的拉压疲劳极限，σ_i-1lw是微小试样的拉压疲劳极限，σ_i-1w是标准试样的弯曲疲劳极限，σ_i-1ww是微小试样的弯曲疲劳极限，μ_i是试样表面加工质量，λ_i是材料种类影响因子，δ_i是试样尺寸影响因子；

4)得到每个区域的关联系数m,应用加权平均法确定此复杂铸件的标准试样2和微小试样3的关联系数m_i；应用该关系，对此复杂铸件的薄壁区取微小试样3并对其力学性能、疲劳性能测试，然后再应用该关联关系确定此复杂铸件的薄壁区的疲劳强度和疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的发动机复杂铸件性能分区评价方法，其特征在于：疲劳强度评价准则n＝σ_-1min/σ_a≥[n],根据零件的S-N曲线，按照下式计算出复杂铸件的应力σ_j，σ_j＝[n]σ_a，将σ_j代入零件的S-N曲线表达式，即可计算出疲劳寿命N；

疲劳寿命评价准则：

σ_j＝[n]σ_a

式中n为工作安全系数，σ_a为工作许用应力，σ_-1min为拉压或者弯曲疲劳极限中的最小值，[n]为许用安全系数，σ_j为工作应力。