内燃机机体微动疲劳行为分析

本节将第4章建立的微动疲劳分析方法及微动疲劳模型应用于内燃机微动疲劳问题的分析。机体隔板与主轴承盖接触面上一点的受力情况如图9.1所示。仍然应用第4章所建立的方法确定裂纹萌生位置和裂纹的初始扩展方向。注意到对于4冲程内燃机，在一个内燃机工作循环中，与V型内燃机隔板相邻的4个气缸依次爆发，导致机体隔板与主轴承盖紧固面的某一侧接触面承受4次峰值载荷的作用。也就是说，在内燃机的一个工作循环中（曲轴旋转两圈），接触面实际承受了两个循环的交变载荷作用。针对本书所研究的具体机型，根据表7.1给出的点火顺序，确定由第1缸和第4缸爆发所引起的载荷变化为一个循环，由第2缸和第3缸爆发所引起的载荷变化为一个循环，分别计算循环过程中的疲劳损伤的最大值。这里根据第4章的讨论结果，选用基于应变的KBM模型进行计算，取FRD参数中的系数α=1.5，β=0.4，则修改后适用于微动疲劳损伤预测的模型为

图9.1　机体隔板与主轴承盖接触面上一点处的应力状态

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内燃机机体隔板左右两侧紧固面微动疲劳裂纹萌生和扩展方向的计算结果如表9.1所示。可见两侧接触面的裂纹萌生位置均处于接触区的中部，预测结果与实际失效现象相吻合。裂纹的初始扩展方向与接触面呈25°～39°夹角，这也符合微动疲劳的一般规律。综合考虑接触面上各危险位置的损伤大小发现，对于该隔板，左侧接触面在2-3缸爆发循环中所受的应力较小，相应的疲劳损伤也较小，而其他三个位置的疲劳损伤水平相近，其中左侧接触面在1-4缸爆发循环中所受的损伤最大。因此，机体隔板的微动疲劳裂纹最有可能在接触区中间位置（x/l=0.21～0.38）萌生，如果按额定转速2 200 r/min（峰值爆发压力Pgas，max=11.8 MPa）运行经历约2.8×107转后萌生微动疲劳裂纹。

表9.1　机体隔板与主轴承盖紧固面微动疲劳裂纹萌生位置和初始扩展方向计算结果