对具有不同涂层厚度活塞环的分析



对具有不同涂层厚度活塞环的分析

使用有限元方法对薄膜涂层活塞环在接触载荷作用下进行了分析。在一个完整的4冲程汽油机循环中观察到的实际法向和切向压力作为轴对称网格的输入。对4个不同涂层厚度（20、40、70、100μm）活塞环进行了分析，对应每一个涂层厚度，弹性模量分别取5个不同的值（144.5、216、289、433.5、578GPa）。基于应力分布来比较不同的系统，特别是在与气缸内表面接触区域的网格应力峰值位置，并考虑了活塞环的强度。

研究结果表明，考虑到涂层中的高初始残余轴向压应力，对于较厚的涂层，初始残余应力作用在一个较大的面积，增加的轴向负荷往往在材料中产生拉应力。较薄涂层活塞环显示出了更多的压应力，并且在涂层与活塞环界面表现出了最高的压应力。而较厚涂层的压应力可以低至初始残余压应力值的20%，主要显示出拉应力，并且在活塞环的中部区域表现出了拉应力峰值。同时，更薄的涂层在与气缸接触的内表面处显示出了较大的轴向压缩应力，这也可能会使系统不易发生裂纹扩展。对于相对较柔软的涂层来说，涂层中的轴向应力并没有明显受到操作条件（接触应力条件）的影响，剩余的高初始压应力由涂层的沉积产生，但这一结果并不适用于硬涂层，因为硬涂层中的应力为拉力。由于薄涂层和较厚涂层表现出了不同的趋势，涂层的弹性模量和活塞环的应力分布并没有表现明显的相关性。

网址：http://www.sciencedirect. com

作者：Luiz G.D.B.S. Lima et al

编译：罗涛