缸套-活塞系统润滑行为与动力学行为耦合分析

建立了缸套-活塞系统油膜润滑与动力学行为耦合分析模型，并用数值方法进行了仿真计算，用有限元法计算了缸体的结构动力响应；通过采用有限差分法求解平均雷诺方程计算了缸套和活塞间的流体润滑特性，并探讨了活塞二阶振动的影响；采用顺序耦合的方法计算了考虑缸套-活塞摩擦、润滑与缸体结构振动、活塞二阶振动耦合作用的缸套-活塞间最小油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等．同不考虑缸体振动时的相应分析和计算结果对比发现，缸体结构振动对油膜润滑特性具有重要影响．     

汽车发动机活塞裙部-缸套系统摩擦学仿真分析和减摩设计

摩擦学在降低发动机摩擦损失和提高系统可靠性方面具有很大的潜力.本文以汽车发动机活塞裙部-缸套系统为对象,以寻求降低该系统摩擦损失的技术方案为目标,考虑各种因素建立了内燃机活塞裙部混合润滑模型.利用该模型,对活塞裙部型面的改进设计进行了探索,并据此确定了某款发动机活塞的改进方案.仿真结果表明：所提出的改进方案,均能实现显著降低活塞裙部-缸套系统摩擦损失的目标,最大降幅达到45.5%.     

内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响

根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型,在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上,分析了活塞的横向运动,考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性.结果表明:与不考虑失圆变形时相比,考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低,裙部流体压力负荷得以缓解;考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大,失圆程度越大,所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大.因此,在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响.     

考虑活塞回复的侧向后喷武器两相流数值模拟

为研究活塞回复运动对火药燃气流动的影响,基于两相流理论对活塞控制侧向后喷武器的发射过程进行了数值模拟研究。考虑控制侧向后喷通道开闭的活塞-弹簧系统的往复运动,建立了结合膛内气固两相流、活塞腔内流固耦合和侧向排气管内气体瞬态流动的武器发射过程数学模型,并将数值模拟结果与相关文献进行了比较验证。得到了该武器发射过程中膛内流场分布与稀疏波传播特性,并与普通武器的膛内流场进行了对比分析。进一步研究了活塞回复运动对火药燃气流动和减后坐效率的影响。结果表明:相对于不考虑活塞的回复运动,在弹丸初速都降低1.52%的情况下,因为活塞回复关闭后喷通道,其减后坐效率由38.86%下降到32.88%,说明在此类武器研究中,不可忽视活塞回复运动。     

摩擦学系统的系统理论研究和建模

摩擦学的系统思想是在摩擦学诞生初期就已经被提出来.由于摩擦学的理论体系研究一直进展缓慢,摩擦学系统的系统理论和建模研究也一直进展缓慢.本文在摩擦学3个公理基础上,从一般系统理论与工程系统分析方法相结合出发,研究了摩擦学系统的功能和构成,论述了摩擦学系统在运动系统中承担的运动保证功能,即保证运动系统各部分之间有确定的相对运动.运动保证功能由全体摩擦副共同实现,并有若干辅助子系统支持摩擦副的可靠工作,它们一起构成了摩擦学系统.摩擦学系统是为研究摩擦学行为而从运动系统中抽象出来的运动系统的子系统.从系统功能出发,摩擦学系统的状态参数集里必然含有与构件运动有关的参数,这些参数对于摩擦学研究非常重要.摩擦学系统结构既与历史关联又跟随状态变化,因此是非定常非线性系统.这2种变化对于摩擦学系统具有不同的时间尺度,也就是说具有非常长的周期和相对非常短的周期,这就为能够以不同时间尺度的分段定常和分段线性化求解计算提供了理论根据,从而在模型中考虑了此前为不能积分而对结构引入的大量简化,这些过去被忽略的因素对摩擦学系统其实是很重要的.同时,也使得能够在建模中将不同学科行为通过与历史关联和跟随状态变化的系统结构进行耦合和共同作用于系统.文章给出了1个缸套-活塞裙部,连杆大小头和曲轴轴承摩擦学系统的算例.     

自由活塞压缩管ALE方法数值模拟

当前国际上实现高焓气体流动的实验手段之一是自由活塞驱动类脉冲设备,包括自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管.采用自由活塞压缩管作为激波风洞和膨胀管的驱动段时,其驱动能力在很大程度上决定了该类设备的性能.本文采用计算流体力学中任意拉格朗日——欧拉方法(arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟了压缩管内部的自由活塞运动和气体流动特征.采用移动网格技术来适应活塞运动边界,耦合求解网格运动和气体流动过程,并通过双时间步长方法进行流体运动的时间积分.为了满足几何守恒律(geometric conservation law),对移动网格的法向矢量和表面面积计算进行了修正.不同时刻的活塞位置试验测量结果及欧拉方法预测结果,以及基于简单波理论获得的运动活塞底部气体压力、活塞速度与活塞位置都与当前的ALE方法十分一致.该工作为下一步数值模拟自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管中包括压缩管、激波管和喷管等不同部位的耦合流动提供了基础.      

弱引力场中活塞运动的球对称解

本文研究在弱引力场中活塞球对称运动的气体动力学过程。取特征重力逃逸速度与流体质点运动特征速度之比为小参数展开,零级近似是活塞运动的普通气体动力学球对称问题。一级近似表明了引力场的影响。数值结果给出了活塞与激波间的流场。对强激波给出了分析解。分析讨论了本结果与平面活塞及柱对称解的差别,以及球对称条件下引力场的影响。     

粘弹性轴向运动梁的非线性动力学行为

本文研究了带有小脉动的轴向运动粘弹性梁的分岔及混沌现象。建立了系统的动力学模型。通过二阶Galerkin截断，把描述系统运动的偏微分方程离散化。利用数值方法分别分析了几种运动脉动频率时，梁随轴向运动脉动幅值，平均速度及粘弹性系数等几个参数变化时的运动分岔行为。利用Lyapunov指数识别系统的动力学行为，区分准周期振动和混沌运动。     

活塞与活塞环表面稀土自润滑摩擦学改性研究

采用稀土自润滑表面处理技术对桑塔纳 JV汽油发动机活塞与活塞环表面进行处理 ,并对原机进行活塞与汽缸、活塞环端口的超小间隙改造 (配缸间隙 - 5～ 2μm,活塞环开口 15 0μm ) ,通过台架试验对超小间隙发动机抗拉缸性能和摩擦功耗进行了考察 ;通过原子力显微镜对活塞表面的微观形貌和摩擦力进行了测试 .结果表明 :经稀土自润滑处理后活塞与活塞环表面产生大量孔穴和大量直径为 6 0～ 12 0 nm的球形聚集物 ,该特征表面明显增强了活塞与活塞环的抗拉缸性能 ,降低了自润滑表面的摩擦力 ,起到了良好的摩擦学改性作用     

含对称间隙的摩擦振子非线性动力学分析

建立了两自由度含对称间隙的干摩擦碰撞振动系统的动力学模型,分析了系统运动中存在的滑动、黏着及碰撞,分别给出其判断方法和衔接准则,推导出各阶段系统的解析解,并采用数值迭代方法求解和分析了系统的复杂动力学行为,同时分析干摩擦对系统动力学性能的影响.结果表明,系统存在叉式分叉,系统由对称周期运动变为反对称周期运动,进而通过Hopf分叉或周期倍化分叉通向混沌.在参数变化范围较大的情况下,系统存在类型丰富的周期运动、拟周期运动以及混沌;系统存在对称运动、反对称运动对、黏滑碰撞运动以及由初始条件决定的共存吸引子.     

内燃机活塞环－缸套摩擦功耗的设计计算方法之研究

以往在计算内燃机活塞环－缸套摩擦副的摩擦功耗时，只是计算活塞环与缸套之间流体润滑剂的粘性剪应力，这显然不能客观地反映出该摩擦副的润滑状态。实际上，活塞环－缸套间的摩擦力产生于两个方面，一是粘性流体的剪应力，二是摩擦界面相互接触峰元的剪切作用。然而截至目前，针对这两方面进行全面分析研究的报道却还很少，因此，为了给低摩擦功耗环组的设计提供科学依据，基于对活塞环在运动过程中润滑状态的分析，提出了一种适用于不同类型内燃机设计计算的活塞环－缸套摩擦功耗的计算方法，并以其对现有结构的Ｓ１９５柴油机活塞环－缸套摩擦副的摩擦功耗进行了计算，同时还对影响摩擦功耗的因素作了考察与讨论，利用台架试验测量油膜厚度的方法对这种算法进行试验验证的研究结果表明，理论值与实测值吻合得很好。     

活塞环组摩擦及润滑特性的综合分析

基于二维平均流量模型和微凸体接触模型，提出了一种分析内燃机活塞环组润滑的模型，同时还对油膜厚度进行了实测，理论值与实测值具有良好的一致性，并且运用这种模型求出了活塞环－缸套之间油膜厚度的三维分布，发现油膜厚度沿圆周方向存在不均匀性．在分析中还考虑了贫油的影响，而且首次探讨了活塞系统的二阶运动对活塞环组润滑特性的影响，给出了不同结构下活塞系统的摩擦力和摩擦功耗．     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.     

内燃机活塞环开口重叠的摩擦机理分析

根据曲轴扭矩传递原理得到了相关数学模型，进而计算了连杆轴颈偏转和活塞往复转动；在考虑燃气压力、往复惯性力和流体摩擦力，以及转动摩擦阻力矩、转动惯性力矩和气体摩擦力矩作用的基础上，提出了活塞环随活塞同步转动的判别条件，建立了活塞环相对转动的分析模型．结果表明：在内燃机工作循环中，连杆轴颈的正、负偏转引起活塞往复转动，在燃气爆发位置附近产生最大偏转和转动幅值；在少量曲轴转角区间内附着力矩小于转动阻力矩，此时活塞环不能与活塞保持同步而是与活塞之间发生相对转动；第二气环转动角度大于第一气环，当2个气环的开口转到相同位置时，活塞环出现开口重叠．     

等熵轻质活塞风洞中活塞行程、速度和压力的变化

等熵轻质活塞风洞是一种工作时间很短的风洞，来自高压空器中的气体推动活塞使气体等熵压缩，并在恒定的匹配压力下进入实验段，这对于瞬时热传导技术是合适的，已用于燃气透平叶片的冷却问题的实验研究中，本文对等熵轻质活塞风洞中的一些气动问题做了研究，分析出在不考虑活塞质量时活塞行程、速度与压力的关系式，并进行了实例分析。     

润滑油及减摩剂的氧化解聚对缸套／活塞环摩擦学特性的影响

研究了阶梯升温条件下缸套/活塞环的摩擦学特性,并分别采用FT-IR、Laser-Raman谱仪及X射线光电子能谱仪对摩擦磨损过程中润滑油及减摩剂（MoDTC)的摩擦化学变化进行了分析。结果表明,基础油和含MoDTC的润滑油均可以保证摩擦副在较高温度下具有相对较低的摩擦系数,在阶梯升温过程中,摩擦系数曲线上出现μ值显著下降的峰谷,其特点与油样类型有关,分析认为墚采用含MoDTC的油样润滑时,摩擦系数曲线上出现的低温峰从主要与MoDTC在摩擦磨损过程中分解成MoS2有关;而高温峰谷的出现既取决于润滑油裂解为石墨碳的程度,也与MoDTC的存在有关。     

Technique of Measuring Piston Secondary Motion Using Laser Displacement Sensors

An experimental technique for measuring the distinct modes of piston secondary motion is described in this study. The measurement system consists of three laser displacement sensors with the laser spots aimed at the piston crown, where the target area is machined with flat slot and a 45° slope profile to provide the necessary reflective angle in order to obtain the rotational and lateral motion of the piston head. The Pearson??s correlation coefficient revealed a strong relationship between the rotational motion and the lateral motion of the piston at a low engine speed of 100?rpm, and this correlation is weakened as the speed increases up to 500?rpm. The lateral motion results captured by the laser displacement sensor are verified by comparing the frequency components of the lateral motion with the frequency components of the lateral acceleration measured using a triaxial accelerometer. The measurements of the distinct modes of the piston secondary motion are shown to be valid and reasonable.     

内燃机活塞环磨损试验研究

采用薄层活化法考察了Ｓ１１００柴油机活塞环的磨损行为，发现该方法具有灵敏度高，可在线测量和放射性低等特点，经２００ｈ连续运行，待测环的实测磨损率与计算结果相吻合。