考虑温度相关性功能梯度热障涂层缸套的热弹性分析

论文摘要

本文将由陶瓷和金属构成的功能梯度材料运用到柴油机缸套的内壁上。陶瓷层具有很强的隔热性能,梯度层可以缓解陶瓷和金属由于线膨胀系数不匹配而产生的热应力。这样功能梯度涂层缸套既具备抗高温氧化的能力,又满足金属的力学性能,有很好的应用前景。本文具体工作可以归纳为以下几点：1.运用经验公式,结合已有的实验分析曲线,计算了缸套内部的平均换热系数和平均燃气温度,研究了稳态传热过程中缸套内层换热系数沿缸套轴向的分布规律,确定了缸套与机架间的换热系数。2.以陶瓷Zr02材料作为隔热涂层,合金钢为缸套基体材料,取功能梯度涂层的物性参数沿厚度方向按指数函数变化,针对不同的物性参数分布指数,分别计算了相应的材料参数(包括弹性模量、导热系数、泊松比、线膨胀系数),并对不同分布指数下的缸套进行了热弹性分析。综合考虑隔热效果,热应力大小及热应力沿厚度方向的变化率,讨论了物性参数分布指数的合理数值。3.考虑到涂层的稳定性和实际工作中的成本问题,需确定合理的梯度过渡层厚度。本文对梯度涂层分别取不同厚度时的功能梯度缸套进行了模拟分析。将计算结果与无梯度涂层缸套的计算结果进行了对比分析,讨论梯度层厚度的合理数值。4.缸套在实际工作中受高温作用,为了得到更切合实际的分析结果,应该考虑材料参数随温度的变化情况。本文在考虑材料温度相关性的情况下,对功能梯度热障涂层缸套进行了热弹性分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 功能梯度热障涂层的研究及发展概况
• 1.2.1 热障涂层的发展及应用
• 1.2.2 功能梯度材料的产生背景及应用前景
• 1.2.3 功能梯度热障涂层的研究现状
• 1.3 热障陶瓷涂层在发动机中的应用现状
• 1.4 有限元在内燃机分析中的发展和应用
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第2章 传热问题的基本理论
• 2.1 热量传递的基本方式
• 2.2 传热问题的基本方程与定解条件
• 2.2.1 导热的基本定律
• 2.2.2 热传导微分方程及其定解条件
• 2.3 热应力问题的基本方程及定解条件
• 2.3.1 热弹性问题基本方程
• 2.3.2 热弹性问题边界条件
• 2.4 研究传热问题的一般方法
• 2.5 热力耦合原理
• 2.6 ABAQUS的热应力分析程序
• 第3章 功能梯度热障涂层气缸套的材料参数及边界条件
• 3.1 气缸套的工作条件
• 3.2 材料的选取及材料参数的确定
• 3.2.1 基体材料的选取
• 3.2.2 功能梯度热障涂层材料的选取
• 3.2.3 材料参数的确定
• 3.3 气缸套边界条件的确定
• 3.3.1 缸内换热系数与燃气温度的确定
• f的确定'>3.3.2 缸套机架间换热系数α_f的确定
• 3.3.3 载荷的处理
• 3.4 本章小结
• 第4章 功能梯度涂层缸套的热弹性分析
• 4.1 有限元模型建立
• 4.2 无涂层缸套的热弹性分析
• 4.2.1 无涂层缸套的温度场
• 4.2.2 无涂层缸套的应力及变形
• 4.3 基于不同物性参数分布指数的功能梯度涂层缸套热弹性分析
• 4.3.1 功能梯度涂层缸套的温度场
• 4.3.2 功能梯度涂层缸套的应力场
• 4.3.3 功能梯度涂层缸套的热变形
• 4.4 基于不同涂层厚度的功能梯度涂层缸套热弹性分析
• 4.4.1 功能梯度涂层缸套的温度场
• 4.4.2 功能梯度涂层缸套的应力场
• 4.5 功能梯度涂层缸套与无涂层缸套的对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 考虑温度相关性缸套的热弹性分析
• 5.1 考虑温度相关性时材料参数的确定
• 5.2 考虑温度相关性无涂层缸套的应力及变形分析
• 5.3 考虑温度相关性功能梯度涂层缸套的应力及变形分析
• 5.4 考虑温度相关性的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附表
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢