活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法技术

本发明专利技术提供了活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，包括活塞样件及其下方安装的试验装置，具体测试步骤如下：S1、在活塞燃烧室喉口附近及活塞中心部位布置热电偶，热电偶信号连接至试验控制系统；S2、采用燃气加热的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热，在活塞样件6头部区域施加预压载荷F，使燃烧室喉口产生一定的预应力；S3、采用高压空气强制对活塞样件冷却，实现其温度场模拟与高低温转换。本发明专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，具有机械载荷施加与调节灵活、考核部位温度监测准确、具备活塞燃烧室喉口热机耦合应力施加等优点，可有效提高活塞机疲劳强度试验结果可信度。试验结果可信度。试验结果可信度。

【技术实现步骤摘要】
活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法


[0001]本专利技术属于发动机活塞
，尤其是涉及一种活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法。

技术介绍

[0002]部件热负荷试验是评估发动机活塞热疲劳强度与可靠性的有效方法，在活塞产品研发过程中必不可少。活塞部件热疲劳试验通常采用电磁感应加热或燃气加热的方式使活塞燃烧室表面达到预定温度要求，之后利用高压空气对其进行强制冷却，使活塞样件承受交变热负荷的作用，检验活塞抗热疲劳的性能。其优点是热负荷模拟实现性强，活塞顶部温度场与整机状态下基本一致。缺点是该热疲劳试验活塞样件处于自由状态，活塞热变形无约束，活塞顶部及销孔承受的机械负荷缺失，造成活塞应力场相比实机差异大，特别是活塞的高温部位燃烧室喉口处尤为明显，试验结果不能充分反映其抗热疲劳性能。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，以解决上述技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，包括活塞样件及其下方安装的试验装置，具体测试步骤如下：S1、在活塞燃烧室喉口附近及活塞中心部位布置热电偶，热电偶信号连接至试验控制系统；
[0006]S2、采用燃气加热的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热，在活塞样件6头部区域施加预压载荷F，使燃烧室喉口产生一定的预应力；
[0007]S3、采用高压空气强制对活塞样件冷却，实现其温度场模拟与高低温转换。
[0008]进一步的，所述步骤S2中，活塞样件头部预压载荷F的施加位置为：活塞销孔两侧圆周方向120度范围内。
[0009]进一步的，所述步骤S1中热电偶的具体位置为：在活塞样件的燃烧室喉口圆角对称设置一对热电偶，活塞样件中心布置一个热电偶。
[0010]进一步的，所述热电偶采用专业焊接工艺与活塞样件粘结为一体，并通过线路通道用数据采集线与试验控制系统连接。
[0011]进一步的，所述线路通道根据活塞样件内部结构，利用深孔加工方法向活塞样件下方开通。
[0012]进一步的，所述试验装置包括活塞支座、活塞销、加载环和隔热垫，活塞支座底部用于安装热负荷试验台，活塞支座上方设有用于放置活塞销的销孔，活塞销两侧套接在活塞销孔内，且活塞销和活塞样件之间安装活塞卡簧，活塞样件上方安装加载环，加载环和活塞样件之间设有隔热垫。
[0013]进一步的，所述加载环呈环状通孔结构，通过加载螺栓与活塞支座连接。
[0014]进一步的，所述加载环中部设有沉孔，沉孔套压在活塞样件头部，沉孔底部垫置隔热垫且沉孔底部为局部凸起结构。
[0015]进一步的，所述隔热垫为环形结构。
[0016]相对于现有技术，本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法具有以下优势：
[0017](1)本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，具有机械载荷施加与调节灵活、考核部位温度监测准确、具备活塞燃烧室喉口热机耦合应力施加等优点，可有效提高活塞机疲劳强度试验结果可信度。
[0018](2)本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，活塞样件利用活塞销作为支撑，结合加载环对其头部进行局部加载，活塞头部及其受压结构承载与变形与实际相似度高，机械载荷利用加载螺栓进行，大小可调，施加灵活。
[0019](3)本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，活塞燃烧室喉口附近及活塞中心部位布置热电偶，温度数据实时监控与采集，保证活塞温度场分布符合预定要求，试验边界施加准确，试验过程可控。
[0020](4)本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，机械应力与热应力在活塞喉口处自然耦合，并通过温度的周期变化实现活塞燃烧室喉口处机械应力水平高低转换，使其得到不间断的热机疲劳考核，样件应力状态模拟更接近于活塞使用工况状态。
[0021](5)本专利技术所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，对活塞燃烧室喉口处进行针对性地考核，样件热机应力分布状态与零件实际使用工况基本一致，可以有效地对该部位结构与工艺等性能进行可靠性评价。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术实施例所述的活塞样件和试验装置的剖视图一；
[0024]图2为本专利技术实施例所述的活塞样件和试验装置的剖视图二；
[0025]图3为本专利技术实施例所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法的基本原理图。
[0026]附图标记说明：
[0027]1‑
活塞支座；2
‑
活塞销；3
‑
加载环；4
‑
加载螺栓；5
‑
隔热垫；6
‑
活塞样件。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0030]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0031]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0032]活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，如图1至图3所示，包括活塞样件6及其下方安装的试验装置，具体测试步骤如下：S1、活塞燃烧室喉口附近及活塞中心部位布置热电偶，热电偶将采集到的数据信号连接至试验控制系统；
[0033]S2、采用燃气加热的方式对活塞样件6的头部进行非接触式加热，在活塞样件6头部区域施加预压载荷F，使燃烧室喉口产生一定的预应力；
[0034]S3、采用高压空气强制对活塞样件6冷却，实现其温度场模拟与高低温转换。
[0035]活塞热机疲劳强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，其特征在于：包括活塞样件及其下方安装的试验装置，具体测试步骤如下：S1、在活塞燃烧室喉口附近及活塞中心部位布置热电偶，热电偶信号连接至试验控制系统；S2、采用燃气加热的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热，在活塞样件6头部区域施加预压载荷F，使燃烧室喉口产生一定的预应力；S3、采用高压空气强制对活塞样件冷却，实现其温度场模拟与高低温转换。2.根据权利要求1所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，活塞样件头部预压载荷F的施加位置为：活塞销孔两侧圆周方向120度范围内。3.根据权利要求1所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，其特征在于：所述步骤S1中热电偶的具体位置为：在活塞样件的燃烧室喉口圆角对称设置一对热电偶，活塞样件中心布置一个热电偶。4.根据权利要求1所述的活塞热机疲劳强度试验载荷施加与测试方法，其特征在于：热电偶采用专业焊接工艺与活塞样件粘结为一体，并通过线路通道用数据采集线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延荣，王根全，狄建兵，侯晔星，张丽强，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：