活塞的疲劳损伤与失效：检测与预防

1）高周疲劳失效

高周疲劳是指零件在小于或远小于材料屈服应力的循环载荷作用下产生的疲劳破坏。其主要特点是：名义应力远小于材料屈服极限；没有显著的屈服变形；疲劳寿命一般在N＝106循环次数以上。活塞销孔部位的疲劳开裂多属于高周疲劳开裂。

2）热负荷和机械负荷共同作用导致的损伤与失效

活塞在工作过程中承受着热负荷与机械负荷的共同作用，不同部位的热负荷与机械负荷所呈现的作用有所差异。计算研究发现，活塞承受的热－机械耦合应力并非热负荷与机械负荷产生应力的简单叠加。

活塞的热负荷主要由活塞顶部承受并将热量传递，机械负荷使得平行于销孔方向活塞部位的拉应力增加。热负荷和机械负荷的耦合叠加还对活塞的位移产生影响：在单独承受热负荷时，活塞顶部趋于向着径向与顶部方向膨胀；在承受机械负荷后，膨胀的趋势反而有所缓和。

3）材料特性变化及高温蠕变影响诱使部件失效(www.xing528.com)

材料的物理特性多随着温度的变化而发生变化，如弹性模量、热传导率、线膨胀系数等。热传导率及线膨胀系数的改变影响到部件配合间隙（如活塞销与销孔摩擦副间隙）的改变。

4）活塞摩擦副之间剧烈的冲击、恶劣的磨损等导致活塞失效

一般情况下，活塞承受的实际应力可能小于材料的疲劳强度，但由于金属材料受到动载荷的持续作用及摩擦副部件的挤压变形，经过长时间循环后可能导致活塞产生裂纹。

活塞承受的工作载荷及环境异常复杂，要在全面、精确地考虑各种因素的前提下准确地评价其可靠性状况是不现实的。在引起活塞机械疲劳失效的各种因素中，虽然热负荷、材料性能等对活塞可靠性有一定的影响，但更主要的因素是动态机械载荷。