一、内燃机活塞组有限元分析研究进展（论文文献综述）
董晋明[1]（2020）在《基于IMEP法的活塞缸套摩擦试验机关键技术研究》文中进行了进一步梳理在内燃机中活塞-缸套的摩擦特性对机械损耗、发动机寿命的影响是相当大的,如何降低摩擦力、提高燃油经济性和发动机效率一直都是发动机研究中的关键问题。采用摩擦试验机对发动机活塞和缸套的摩擦状态进行模拟实验,对于测试缸套和活塞的摩擦状态、验证机械效率及材料表面摩擦特性、提高结构寿命是十分必要的技术工作,对提高内燃机的性能具有十分重要的现实意义。为解决摩擦试验机在高速转动条件下的传感器激励和信号发送问题以及多工位测试中多缸摩擦力不能解耦的问题,本文基于平均指示压力（IMEP）法,设计了一种基于信号无线传输和无线供电技术的多工位活塞-缸套系统摩擦力测量模拟试验机,并着重研究了试验机的相关理论和关键技术。主要研究内容如下:（1）对曲柄活塞运动机构,采用拉格朗日乘子法建立了动力学方程,将惯性力、连杆内力、载荷力及摩擦力关联起来,得到了IMEP法的解析数学模型。该模型不仅考虑了连杆轴向内力对摩擦力的影响,而且考虑了连杆截面的切向力及附加弯矩对摩擦力的耦合作用。推导了活塞运动速度的准解析表达式,可描述在电机拖动条件下滑块速度和曲轴速度之间的数学关系,为准确计算活塞-缸套间的摩擦力提供了理论基础。（2）设计了基于无线供电和无线信号传输的高速多工位活塞环-缸套摩擦试验机的总体结构。活塞环加载结构采用了新型可分离的楔形瓣增力加载机构,可有效降低电机拖动系统的负载。该结构一方面减少了摩擦试验机不必要的能量损失,另一方面减轻了电机拖动系统的速度波动,有利于保证测试精度。此外,对连杆—活塞进行了多柔性体动力学有限元瞬态分析,着重分析了连杆的轴向力和切向力对摩擦力测量精度的影响规律。（3）对所涉及的电气系统和软件系统进行了总体设计,提出了基于位置关系的测试数据同步技术方法。
江雨晨[2]（2020）在《某柴油机运行工况下配缸间隙特性研究》文中进行了进一步梳理柴油机与汽油机相比,具有热效率高、扭矩大、油耗低、耐久性好等特点,在各个领域应用广泛。柴油机活塞与缸套之间的配合间隙直接影响到缸套-活塞组的工作表现,适当减小配缸间隙可以有效改善活塞敲击噪声和发动机的振动,然而若配缸间隙过小,又可能导致活塞与缸套之间的润滑油膜被破坏,二者之间的配合变差,摩擦功耗上升,甚至造成拉缸。因此,为了改善活塞-缸套的匹配特性,在设计过程中就必须要考虑活塞与缸套之间的配缸间隙。在柴油机工作过程中,活塞运动轴心偏离缸套中心轴线,加之活塞和缸套产生明显的热变形和机械变形,不同位置的配缸间隙又受裙部型线影响存在一定差异,这就使得对工作状态下活塞与缸套间的最小径向高度即工作配缸间隙的确定困难重重。为了对配缸间隙进行合理设计,本文对活塞与缸套之间的配合进行研究,以某四缸柴油机为原型机开展仿真分析。首先对活塞展开有限元分析,建立活塞、活塞销以及连杆小头的耦合网格模型,以改善单一活塞结构有限元计算中出现的约束不合理导致的应力集中现象。通过经验公式以及外流场仿真获取活塞表面对流换热系数,以此作为边界条件仿真获得温度场分布以及热-机耦合作用下的变形。采取同样的计算流程求取缸套壁面的对流换热系数,建立缸套与其附近部件耦合网格模型,分析缸套的温度场以及位移分布,获得缸套在预紧力、温度载荷和机械载荷共同作用下各节点的位移量,为提取活塞和缸套的变形轮廓曲线做好前期准备。提取活塞和缸套的位移,利用最小二乘法的数学思想分别拟合活塞和缸套的圆心,获得整体在水平面上位移量,将活塞变形后的节点坐标和整体偏心量之差与活塞裙部外圆轮廓节点位置进行差值分析,获得活塞的变形轮廓曲线。将缸套变形后拟合圆心获得的偏心量作为缸套的一阶位移,通过傅里叶变换和逆变换剔除一阶偏心,获得缸套的变形轮廓型线。搭建整机多体动力学模型,将活塞-缸套变形、活塞缸套间初始设计配缸间隙以及活塞型线分别作为单一变量,对活塞-缸套间最小工作间隙进行研究,并分析缸套-活塞裙部润滑状态及缸套振动特性。结果表明,缸套、活塞的热机耦合变形导致最小名义间隙高度减小约37%。缸套各阶次变形的影响程度不同,随着阶次增高,变形量波动对润滑和振动特性的影响减小,在对工作配缸间隙进行优化设计时应着重考虑缸套二阶变形。活塞型线的引入使得最小名义间隙高度增大5.1倍,而设计配缸间隙对结果影响较小。选取活塞裙部型线五个重要参数,设计正交试验方案进行分析。发现不同活塞裙部型线设计参数对各评判指标的影响权重和显着程度存在差异,需针对不同的设计需求对各影响因素进行优化设计,综合考量润滑和振动特性以确定最优型线设计方案。活塞裙顶部缩进量ΔGt对最小名义间隙高度和最小油膜厚度的影响权重最大,且对最大油膜压力也有较为显着的影响,中凸点高度hm对摩擦功耗峰值影响显着,而椭圆度系数a则对缸套振动特性的影响极为显着。
马一鸣[3]（2020）在《TBD620V16柴油机活塞敲击噪声特性与控制研究》文中指出柴油机的振动噪声量级是其重要性能指标,决定其整体品质,是选型的重要依据。引起柴油机振动噪声的激励源众多,成因复杂,其中活塞敲击噪声是最主要的机械噪声源。本文以TBD620V16型高速柴油机为研究对象,研究了活塞敲击激励的源特性及加载方法,分析了敲击激励引起的柴油机整机振动和辐射噪声,在此基础上,结合活塞与机体结构形式,从敲击激励源强度和传递途径两方面对敲击引起的柴油机振动噪声进行了优化研究。开展了活塞敲击激励源特性及其引起的整机振动噪声规律研究。基于结构与特性参数建立活塞的有限元模型,计算了活塞在稳定工况下的温度场,并通过温度拟合法修正获取热边界条件,获得活塞裙部热变形。结合活塞二阶运动和裙部润滑理论,基于AVL软件获取活塞动力学参数,对主要的二阶运动参数进行多种方法的验证。建立620V16型柴油机整机有限元模型,研究活塞敲击力的时域加载方法,将敲击激励分解为动态敲击力与侧推力两部分,通过时域动力学方法分别将两种激励施加至整机,分析整机的振动与辐射噪声,获取两种激励对敲击噪声的贡献量。从激励源和传递途径两方面开展了活塞敲击噪声的控制研究。从激励源角度,分析了活塞配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置、质量与惯量分布等参数对活塞二阶运动的影响,研究表明减小配缸间隙、活塞销偏置、适当减小活塞质量均可以作为减小活塞敲击噪声的有效手段;从传递途径角度,提出了两种缸套与机体连接方式,分析了结构变化对活塞敲击激励引起的整机振动噪声的影响,研究表明增加气缸套上部支撑对降低敲击噪声有效,而增加中止支撑效果不显着,但可以有效改善气缸套自身振动强度。
张潇[4]（2020）在《内燃机活塞第二道气环设计系统的研究》文中认为随着能源的消耗和环境的污染,未来内燃机将向高效率、高载荷、高速度及高寿命的方向发展。活塞环是内燃机活环组的重要组成部分。活塞环的工作性能直接影响内燃机的动力性指标、经济性指标、排放指标、可靠性指标和耐久性指标等。因此,为了满足在实际生产和应用中对内燃机越来越高的要求,需要不断的探索和研究新的内燃机活塞环材料、表面处理技术、润滑摩擦处理技术及生产制造技术等。本文在产学研项目“活塞环设计软件开发”资助下,进行活塞第二道气环设计软件开发。主要工作如下:（1）对134种活塞环气环设计涉及的计算公式进行了详细的推导和整理。（2）编制了活塞第二道气环设计软件。该设计软件能够完成对客户信息以及与活塞环设计和生产工艺相关数据的输入、存储和调用;通过调取经验数据库、标准数据库和线材库等相关数据进行设计计算;抓取重要数据以报表的形式展示给客户和设计人员;计算活塞环工作应力、安装应力、自由开口、惯性矩、惯性积、K-系数、质量、背隙和侧隙等;自动生成相应的活塞环截面图形。实现活塞环从设计到生产的数据化管理,极大的提高工作效率,减少人工误差。（3）编制了4套活塞第二道气环设计软件的计算程序,分别以活塞环切向弹力、K-系数、面压和自由开口为计算基准,可以自由切换,并以四种计算基准为前提针对每一种活塞环类型进行计算代码的编写,而且可以进行新类型活塞环的设计。（4）对编制的活塞第二道气环设计软件进行了实际操作和试验验证。结果表明,该软件能够满足相应的功能要求,达到了预期技术指标。
王静超[5]（2019）在《考虑进气冷却的活塞-缸套瞬态应力及形位公差研究》文中认为内燃机热负荷和机械负荷的不断提高,对活塞、缸套等热端部件的强度和刚度提出更加严格的要求。活塞和缸套与高温燃气直接接触的同时受到进气、冷却水等冷却介质影响,亦承受交变机械负荷,工作条件恶劣,易发生强度不足、变形严重、配合不良等问题。进行热-机械负荷作用下的活塞-缸套瞬态应力及形位公差研究,对提升柴油机可靠性有重要意义。目前活塞-缸套仿真分析中存在几个问题:一是活塞顶面和缸套内壁的温度高且波动剧烈,现有的研究多以流场仿真结果的时域平均值为边界,不能反映温度的波动。二是热应力计算中引入位移约束导致应力集中,三是实测缸套动态形位公差不易实现。本文结合燃烧仿真、有限元分析和单纯形算法,在考虑进气冷却作用下研究活塞-缸套的强度和形位公差,探索利用仿真手段计算圆柱状零部件形位公差的方法。通过燃烧仿真得到活塞顶面的传热边界条件,建立活塞-缸套-机体有限元模型,结合移动边界加载方法,研究活塞-缸套的瞬态温度分布,并以热电偶测温实验来验证温度场仿真结果。结果表明,考虑进气冷却效应的活塞温度场仿真,能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀。但进气过程中低温新鲜空气的冷却作用对缸套温度分布的影响不明显,缸套温度空间分布主要受高温燃气冲击和冷却水换热的影响。建立非线性接触对,通过曲柄连杆机构动力学计算得到机械负荷,结合温度场仿真结果,计算活塞和缸套的瞬态热应力、机械应力和热机耦合应力,根据第四强度理论进行强度分析。结果表明,设置非线性接触边界条件能避免活塞产生刚体位移,又极大减弱人为的热应力集中现象。活塞进气侧较排气侧的冷热温差大,观察点的热应力高出11.9%。热机耦合应力危险点主要在活塞主、次推力面、销孔上半部和缸套头部,机械负荷较热负荷对活塞热机耦合应力的影响大,而缸套的热机耦合应力主要受热负荷影响。热、机械应力有一定程度的相互抵消。结合有限元方法,单纯形算法和最小二乘法,选用失圆度、同轴度等参数评价缸套的变形,提取活塞型线变化,研究各载荷对活塞-缸套变形的影响。研究发现,缸套失圆度主要受侧推力影响,同轴度主要受气缸爆发压力影响,侧推力易引起活塞型线变化和变形不均匀。热负荷对缸套失圆度、同轴度和活塞型线变化的影响较机械负荷小。型线计算结果为活塞裙部润滑油压、摩擦功耗计算及裙部型线优化提供了参考。
穆艳丽[6]（2019）在《高功率密度柴油机销孔结构对活塞结构强度的影响研究》文中认为随着柴油机强化程度提高,缸内爆发压力不断增加。目前,国外先进的增压柴油机最高爆发压力已经达25MPa以上,国内增压柴油机最大爆发压力已达23MPa以上,并朝着更高目标的爆发压力研究趋势迈进。发动机工作过程中,活塞承受高温和机械交变负荷,经有限元分析结合试验发现,由于变形的不协调使得销孔内侧上缘应力沿销孔轴线分布不平衡,出现应力梯度较大区域,活塞销座部位出现非常严重的局部应力集中现象,而高温与承受过大压力而引起的销座咬死及机械负荷过大引起销座开裂甚至整个破坏整个活塞。为了改善销孔应力分布,提高活塞销座承载力,提出活塞异形销孔和在销孔处增加铜套的改进方案。研究对象为高功率密度柴油机活塞,利用数值计算仿真分析方法,建立柴油机三维活塞有限元分析模型,开展异形销孔、销孔铜套结构对活塞应力分布的影响研究,以实现柴油机承受23MPa最大爆发压力与420℃最高工作温度的设计目标。主要研究工作如下:（1）活塞有限元模型的网格无关性验证主要对销孔处做轴向、周向和厚度方向网格数量对结果的敏感性进行分析,以热机耦合应力为衡量标准,最终确定活塞的回油孔、内腔以及活塞第三环槽的倒角结构、隔热涂层采用尺寸为1mm的网格结构单元,活塞裙部较为规则的地方采用尺寸为3mm的结构单元,环岸、内腔采用尺寸为2mm的网格结构单元。活塞的网格类型采用四面体单元,节点数为62851,单元数量为290474。（2）活塞销孔部位结构参数对活塞强度的影响发动机工作过程中,活塞承受高温和机械交变负荷,经有限元分析结合试验发现,由于变形的不协调使得销孔内侧上缘应力沿销孔轴线分布不平衡,出现应力梯度较大区域,活塞销座部位出现非常严重的局部应力集中现象,而高温与承受过大压力而引起的销座咬死及机械负荷过大引起销座开裂甚至破坏整个活塞。为了改善销孔应力分布,提高活塞销座承载力,提出活塞异形销孔和在销孔处增加铜套:对活塞进行温度场、机械载荷和热机耦合的分析计算,活塞顶面最高工作温度为419.9℃,最大热应力164.416MPa,活塞销座孔内侧上缘局部严重应力集中,同时出现最大热机耦合应力209.096MPa;头部最大耦合变形量0.515mm。研究在运行工况下销孔铜套对活塞结构的影响,活塞最高工作温度421.9℃,出现在顶面喉口位置;最大机械应力204.863MPa,同无销孔衬套活塞降低了401.323MPa,降幅66.2%;最大热机耦合应力148.48MPa,同比下降60.616MPa,降幅28.9%,并且销孔处应力集中的现象有所改善。在销孔铜套研究的基础上,分别做不同形式的椭圆形异形销孔铜套与不同尺寸的楔形异形销孔铜套方案,开展异形销孔铜套对活塞结构强度的影响研究,研究表明,采用外椭圆内圆形的异形销孔铜套结构和内外均椭圆的异形销孔结构的活塞,各项性能指标均有所恶化,不能满足提高销座孔和活塞承载能力的目标要求;外圆形内椭圆形异形销孔铜套活塞各项性能参数均优于原活塞,此结构能进一步提高活塞的承载能力,对比四种不同楔形异形销孔衬套活塞方案,各方案活塞性能参数值均小于原活塞,其中10°锥角且锥角边倒圆的方案最为突出,最大机械应力、最大机械耦合应力分别为185.396MPa、135.491MPa,同比下降了19.467MPa和12.989MPa,分别占比8.7%和12.9%。活塞销孔与铜套为过盈配合,文章分析了过盈配合量对活塞销孔接触压强以及应力分布。研究发现,活塞销孔与铜套过盈配合时,过盈以及机械载荷和热机耦合下活塞销孔接触压强和活塞最大应力都随着过盈量的增加而近似呈线性增加,其中销孔处接触压强对过盈量的取值最为敏感。研究异形销孔和销孔衬套对活塞隔热涂层的影响:在最佳楔形异形销孔结构的基础上在活塞顶面做0.4mm陶瓷隔热层+0.1mm金属粘结层的耐热涂层,计算结果显示:活塞最高工作温度下降了12.5%,从421.9℃降低到367.4℃,同时热机耦合应力应变分别为132.708MPa、0.412mm,也下降了10.6%和20.3%。
刘广胜[7]（2019）在《内燃机活塞组件-缸套摩擦副润滑油输送和润滑研究》文中研究表明活塞组—缸套摩擦副润滑分析在内燃机活塞组件设计中占有极其重要的地位。目前的研究一般选择富油条件或者某种特定的边界条件,未能考虑活塞组件—缸套间的润滑油流动状况及润滑油供给状况对摩擦副润滑分析的影响。润滑油供给是决定润滑状况的关键因素,在分析润滑油供给的基础上建立边界条件并进行活塞组件—缸套的润滑分析,可以获得其真实润滑特性。本文以某四行程内燃机为对象,根据润滑油在活塞组件—缸套系统中流动和对各摩擦副供油状况的影响,建立活塞裙部与各活塞环润滑分析的边界条件,对各活塞环和活塞裙部的润滑性能及润滑油在气缸中的输送和消耗进行了研究。本文的主要研究工作和成果包括:1)根据内燃机缸套表面飞溅润滑特点,确定活塞裙部润滑油供给条件,通过求解润滑基本方程和活塞二阶运动方程,获得了活塞裙部的最小油膜厚度等润滑特性参数及润滑油输送特性。内燃机负荷和转速对活塞裙部的润滑特性、润滑油输送都有一定影响。2)从油环的结构入手,分析了各活塞行程中润滑油流过油环的特点,计算了油环—缸套间的最小油膜厚度等参数,研究了油环上方环岸区域的润滑油量在整个活塞行程的变化特点和油环控制润滑油向活塞上止点的输送过程。在活塞单个行程中,行程中部的油环油膜厚度和油膜压力较大,上、下止点附近较小;油环摩擦力和摩擦功率则在行程中部较小,上、下止点附近较大。油环是控制润滑油向活塞上止点输送的关键。根据刮油环的结构特点,分析了其在各活塞行程的最小油膜厚度等润滑特性,以及活塞上、下行程润滑油流过刮油环的流量与变化特点。刮油环的润滑特性在上下行程不对称,活塞下行时流过刮油环的润滑油流量较小,活塞上行时流过刮油环的润滑油流量较大。选择不同的润滑油进口油膜厚度,研究了气环—缸套间的最小油膜厚度等润滑特性参数随内燃机转速和润滑油进口油膜厚度的变化特点。不同内燃机工况和进口油膜厚度条件的气环润滑特性的变化规律各不相同。3)根据内燃机活塞环组的组成,研究了内燃机活塞组件与缸套间的润滑油流动及润滑油在缸套表面的蒸发过程,分析了活塞下行时刮油环—气环之间环岸的润滑油量、气环经过后在缸套表面的残留润滑油膜厚度、活塞上行时气环的进口油膜厚度,在此基础上对各活塞环进行了润滑特性分析。和完全富油状况对比,考虑润滑油流动、消耗和输送状况下的环组中各活塞环润滑特性参数差别明显。4)通过仿真和试验研究了气缸中的润滑油消耗,相同时间内燃机润滑油消耗量随内燃机负荷的增加而增大;试验结果验证了内燃机负荷变化对润滑油流动和消耗的影响。
方聪聪[8]（2018）在《基于多体动力学的活塞—缸套系统摩擦力预测模型及其测量技术研究》文中提出在当前和未来一段时间内,内燃机仍然是乘用车、商用车和船舶的主要动力装置。随着发动机燃油经济性要求的提高,以及发动机朝着紧凑化、轻量化及高功率密度水平方向的方展,内燃机关键摩擦副的低摩擦和可靠性设计成为人们关注的重点。活塞-缸套系统作为内燃机的核心摩擦副,在整机摩擦损失中的占比最大,同时也因为拉缸、咬合等原因成为决定内燃机可靠性与寿命的关键。深刻理解活塞-缸套系统中的摩擦动力学现象,建立其摩擦学性能的预测模型,对于该系统设计水平的提高具有重要理论和现实意义。然而,在此前的活塞-缸套系统摩擦预测模型研究中,大都只针对单一的摩擦副,没有考虑多个摩擦副的耦合效应;另一方面,由于内燃机工况条件的限制,很难通过实验手段对活塞-缸套系统的摩擦性能进行测量与评估,从而影响了对该系统的深入理解和判断。为此,本文将针对这两个问题展开研究。首先在活塞-连杆-曲轴多体动力学系统的框架下构建了活塞-缸套系统、全浮式活塞销轴承以及二者集成的混合润滑与动力学耦合分析模型,进行了摩擦学与动力学预测分析。然后基于瞬时IMEP法及无线遥测技术开发了活塞组-缸套系统摩擦力测量技术,完成了倒拖工况下的工程实施,并与上述预测模型进行了对比与验证。通过本文的理论分析和试验技术研究,将为内燃机活塞-缸套系统的低摩擦学设计提供更好的支持。总体而言,全文的主要内容如下:（1）考虑摩擦副的流体润滑、固体接触和系统动力学之间的耦合,开发了适用于含活塞销轴承的活塞-缸套系统摩擦性能预测的多体动力学建模方法及高效计算框架。本文中,机械系统的动力学模型利用Lagrange法多体动力学理论建立,摩擦副的混合润滑模型基于平均Reynolds方程构建,并且考虑了润滑油流变属性和表面粗糙度的影响。考虑润滑方程后,多体动力学方程转变为非线性刚性常微分方程组。本研究采用基于线性隐式多步法的高阶A稳定MEBDF积分算法对多体动力学运动方程进行时间积分,大幅度提高了整体计算效率。（2）通过耦合活塞裙部-缸套混合润滑模型与活塞-连杆-曲柄多体动力学模型建立了活塞的润滑与动力学分析模型,从活塞裙表面结构参数和工况条件两方面对活塞-缸套系统的润滑机理及二阶动力学特性进行了系统性研究。首先,采用该高效模型对活塞裙表面普遍存在的加工微凹槽进行了确定性分析,揭示了配缸间隙与微凹槽对流体润滑的影响机制。分析了加工微凹槽的深度,密度及形状参数对活塞润滑性能及二阶动力学特性的影响。然后,对冷、热启动下的活塞的摩擦动力学特性进行了研究。通过分析第一次燃烧上止点附近活塞运动姿态及润滑状态,提出了基于活塞热变形补偿的型线优化方案。（3）为考虑活塞销轴承对活塞-缸套系统的摩擦学性能影响,建立了全浮式活塞销轴承润滑与动力学分析模型及活塞销磨损模型,并将其与活塞-缸套系统混合润滑模型集成,进一步构建了包含活塞销轴承的活塞-缸套系统多摩擦副耦合分析模型。通过与半浮式活塞销轴承进行对比分析,揭示了全浮式活塞销轴承的减摩抗磨机理。对多摩擦副耦合及设计参数影响进行了分析与研究,分别分析了活塞销轴承间隙及活塞销偏置对活塞-缸套系统摩擦学与动力学性能的影响。（4）基于瞬时IMEP法及无线遥测技术开发了活塞组-缸套系统的摩擦力测量方法和技术。该方法通过测量缸压、连杆力和曲轴转角信号间接获得活塞组缸套的摩擦力,具有改造成本低和适用性广的优点,其关键在于如何可靠和高精度地获得连杆力。本文采用无线遥测方法对连杆力进行了测量,并在开发过程中解决了多通道数据采样触发同步性、无线数据传输、电源供电等诸多难题。经过将连杆力和摩擦力测量结果与上述活塞-缸套系统摩擦性能预测模型的计算结果相对比,发现两者很接近。这表明本测量方法具有较高的可靠性,开发的模型具有较高的预测精度。能够为活塞组-缸套系统的低摩擦技术开发与设计提供有效的预测分析及测量评估手段。
孙鹏[9]（2017）在《自由活塞内燃直线发电系统设计理论及控制方法研究》文中提出自由活塞内燃直线发电机（Free-Piston Linear Generator,FPLG）是一种新型机电能量转换装置。因其具有高效、高功率密度、低排放、多种燃料适应性好、集成结构紧凑等特点,在混合动力增程应用方面具有诱人的应用前景。针对自由活塞内燃直线发电系统在现阶段难以实现长期稳定运行这一国内外关键共性挑战,作者分别从系统设计及控制方法方面提出了创新性的方法,并开展了一系列理论及实验工作:（1）自由活塞内燃直线发电系统解耦设计。以单缸二冲程气体弹簧回复的自由活塞内燃直线发电机为切入点,创新性提出了基于耦合系统能量转化和效率分布特性的解耦匹配设计理论及方法。确立了用以确定内燃机、直线电机、气体弹簧的结构参数及运行参数匹配选择的理论指导原则。并通过Matlab/Simulink仿真验证了设计方法的有效性和通用性。进行了直线电机结构及电磁设计,以模块化设计思路为指导,确定了15k W功率等级且目标效率94%的直线电机功率模块单元,并提出了具有特色的集成扩展结构。利用Ansoft有限元仿真软件,分析了相同行程不同往复频率下、不同负载情况下的直线电机发电性能。（2）耦合系统热动力学建模及仿真分析。分别建立了内燃机、直线电机、气体弹簧的数学模型,并利用Matlab/Simulink建立了集成系统热动力学仿真模型,分析了自由活塞运动特性、活塞组件受力特性、缸内压强分布特性等系统热动力学特性;同时分析了直线电机电压、电流以及输出电功率等系统输出特性。重点分析了系统等效刚度、循环喷油量、点火位置、气体弹簧初始压强、负载、活塞组件质量等相互耦合的参数对系统有效输出电功率和效率的影响。为后续系统参数优化及稳定运行控制奠定了良好理论基础。（3）系统全周期运行过程及基本控制策略分析。提出了针对系统启动、稳定运行、故障恢复、以及停止过程的全周期运行控制策略。为了验证全周期运行控制策略的有效性,借助于Matlab/Simulink耦合系统仿真,分析了不同工况下活塞运行状态,确定了内燃机基于活塞运行状态判断的喷油、点火、进排气控制策略及时序。进行了有无全周期运行控制策略下的对比仿真分析,从而验证了所提出的全周期运行控制策略的有效性。（4）自由活塞运动非线性控制方法研究。创新性提出了基于虚拟曲轴概念及耗散哈密顿能量整形理论的自由活塞运动非线性轨迹跟踪控制方法。建立了虚拟曲轴半径、等效虚拟曲轴转速与自由活塞运动轨迹,以及有效输出电功率、系统效率之间的映射关系。分析了虚拟曲轴参数对活塞运动轨迹、输出性能的影响。以此建立了以系统效率最优为目标的自由活塞最优轨迹规划模型,并通过编程仿真验证了轨迹优化模型的有效性。建立了自由活塞内燃直线发电机耗散哈密顿模型,设计了基于能量整形的自由活塞运动反馈控制律。并通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提出的控制方法的可行性和有效性。（5）内燃机操作功能测试及直线电机性能测试。搭建了内燃机喷油、点火、进排气功能测试平台,设计了辅助内燃机活塞往复运行的大推力音圈电机。通过点火试验测试验证了内燃机各附件操作功能的正确性和可靠性;试制了直线电机样机,搭建了适用于长行程、大功率、大推力的直线电机测试平台,并开发了基于Labview的数据采集系统。分别测试了不同往复运行频率下直线电机性能,验证了直线电机有限元电磁仿真设计方案的可行性。为后续系统集成及性能优化奠定了良好的试验条件。上述工作,涵盖了从系统设计到控制的理论方法,作者在试图架构一条完整且清晰的研究路线。其意义在于从源头性系统匹配设计工作,到系统集成开发,再到实验测试的每个环节,均尽可能避免容易致使耦合系统不稳定运行因素的影响。研究工作既有理论上的创新,又有方法上的创新,为后续研究提供了重要的理论基础及实验依据。
胡成志[10]（2016）在《纳米润滑油改善内燃机活塞组—气缸套润滑摩擦热物理机制研究》文中认为活塞组-气缸套的润滑摩擦直接影响内燃机的动力性、经济性和可靠性。由于活塞组-气缸套的润滑摩擦环境极为复杂,伴随高温、重载、变速等不利于润滑的因素,使其处于流体润滑、薄膜润滑、边界润滑共存的混合润滑状态。由纳米颗粒与基础油组成的纳米润滑油,具有改善润滑摩擦和强化换热的双重优势,非常适用于活塞组-气缸套的润滑和冷却。不同润滑状态下,纳米颗粒改善润滑摩擦的热物理机制尚不完全清楚,传统的研究方法无法将这几种润滑状态分开进行研究。分子动力学（MD）方法可以模拟不同的润滑状态和工作状态,有效地从微观角度揭示润滑摩擦的机理,并能够准确地描述纳米流体的结构特点,因此可以采用MD方法对各润滑状态下,纳米润滑油改善润滑摩擦的热物理机制分别进行深入研究。本文根据活塞组-气缸套的润滑状态分别建立了流体润滑、薄膜润滑和边界润滑模拟模型,采用MD方法对比分析了基础油和纳米润滑油润滑摩擦特性的不同,给出了各润滑状态下纳米颗粒所发挥的作用,最后对纳米流体强化换热与润滑摩擦的耦合作用机制做了进一步研究。本文的主要研究内容如下：（1）流体润滑状态下,分别研究了光滑表面和非平表面条件下,纳米颗粒对润滑膜剪切流动特性的影响。研究发现,纳米颗粒通过影响流体的微观结构使得润滑膜的承载能力有所增大；沉积到凹坑内的纳米颗粒对摩擦表面起到了填充作用,降低了摩擦阻力；除了沉积到凹坑内的纳米颗粒,润滑膜中其他位置的纳米颗粒均增大了摩擦阻力；不管是基础流体还是纳米流体,随着温度的上升,润滑膜的承载能力下降。（2）薄膜润滑状态下,主要分析了纳米流体与基础流体润滑摩擦特性的不同。研究发现,随着载荷的增加,基础流体和纳米流体润滑膜均由液态转变为“类固态”,但纳米流体的转变压力高于基础流体；纳米颗粒通过提高润滑膜的转变压力,使得摩擦力能够在较宽的载荷范围内维持在较低的水平；纳米流体在较高的载荷下表现出减摩效果的物理机制为：纳米流体较高的液固转变压力、纳米颗粒的无规则运动以及体积效应。（3）边界润滑状态下,分别研究了软质Cu和硬质金刚石纳米颗粒对边界润滑膜承载能力的影响。研究发现纳米润滑油的承载能力显着高于基础油,并且随着载荷的增加,这种增强效果更加明显。纳米颗粒提高边界润滑膜承载能力的物理机制主要有三点：一是纳米颗粒周围致密的吸附层使得润滑剂分子排列得更加紧密有序,提高了边界膜的强度；二是随着载荷的增加,油膜结构逐渐转变为“上壁面吸附层-颗粒周围吸附层-纳米颗粒-下壁面吸附层”这种特殊形式,该形式大大提高了边界膜的强度：三是随着载荷的进一步增加,在边界膜破裂前,纳米颗粒就已经开始为边界膜提供良好的支撑作用。（4）发生凸峰接触时,文中研究了软质Cu、硬质金刚石和Si02纳米颗粒对凸峰接触润滑摩擦特性的影响,主要考察了纳米颗粒与摩擦副间的协同作用关系,以及纳米颗粒对摩擦副机械特性的影响。研究证实了软质纳米颗粒在摩擦表面间形成了固体润滑膜,模拟结果表明这层固体润滑膜有效承担了摩擦副间的剪切作用,降低了摩擦副的塑性变形、内部缺陷和温度分布；硬质纳米颗粒有效地避免了摩擦表面的直接接触,并具有“滚动轴承”和“抛光”效果,摩擦副的温度和缺陷结构大大降低；不管是硬质还是软质纳米颗粒,纳米颗粒改善凸峰接触润滑摩擦特性的效果随着温度的上升变得更加明显。当相对滑动速度较高时,摩擦界面附近出现了“转移层”,纳米颗粒进入“转移层”,失去了抗磨减摩效果。（5）通过研究纳米颗粒对流动特性的影响,以及纳米流体流动与换热的耦合作用,进一步明确了纳米流体的强化换热机理,最后对纳米流体强化换热与润滑摩擦的耦合作用机制进行了阐述。结果表明：纳米流体的速度脉动相对于基础流体增强,纳米颗粒与连续相间存在速度滑移；纳米颗粒微运动和导热系数增加对纳米流体对流换热性能提高的贡献比例相当；纳米流体的强化换热特性有助于改善活塞组-气缸套的摩擦磨损。
二、内燃机活塞组有限元分析研究进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、内燃机活塞组有限元分析研究进展（论文提纲范文）
（1）基于IMEP法的活塞缸套摩擦试验机关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 活塞缸套摩擦特性测量研究现状 |
| 1.2.2 摩擦力的测量研究现状 |
| 1.2.3 摩擦磨损试验机及其相关测试方法研究现状 |
| 1.2.4 无线供电技术研究现状简介 |
| 1.2.5 研究现状分析 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 基于分析力学方法的IMEP法模型 |
| 2.1 IMEP法简介及其力学模型 |
| 2.2 基于分析力学的曲柄滑块机构动力学模型 |
| 2.2.1 劳斯方程简介 |
| 2.2.2 活塞摩擦过程的动力学特性分析 |
| 2.2.3 约束及拉格朗日乘子项 |
| 2.2.4 广义力求解 |
| 2.2.5 动能计算 |
| 2.2.6 势函数计算 |
| 2.2.7 计算结果 |
| 2.3 速度载荷 |
| 2.4 具体解算摩擦力的步骤 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 整体方案设计 |
| 3.1 摩擦试验机总体方案 |
| 3.2 机械结构总体参数 |
| 3.3 加载机构设计 |
| 3.3.1 加载传感器选型 |
| 3.3.2 设计方案一:碟簧加载方式 |
| 3.3.3 设计方案二:基于楔形瓣增力加载机构 |
| 3.4 连杆内力有限元计算及强度校核 |
| 3.4.1 有限元模型的建立 |
| 3.4.2 结果分析 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 测控系统设计 |
| 4.1 电气控制与驱动系统设计 |
| 4.2 测试系统设计 |
| 4.2.1 测试系统的总体设计 |
| 4.2.2 各模块选型 |
| 4.2.3 电测系统信号同步设计 |
| 4.3 测试软件系统的组成 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（2）某柴油机运行工况下配缸间隙特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 活塞变形研究现状 |
| 1.2.2 缸套变形研究现状 |
| 1.2.3 缸套-活塞裙部摩擦副研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 活塞有限元分析 |
| 2.1 活塞热状态分析 |
| 2.1.1 活塞温度场理论 |
| 2.1.2 活塞导热分析 |
| 2.2 活塞热边界条件 |
| 2.3 活塞温度场分析 |
| 2.4 活塞热-机械应力场分析 |
| 2.4.1 活塞机械载荷边界条件及约束 |
| 2.4.2 活塞位移场分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 缸套有限元分析 |
| 3.1 缸套热边界条件 |
| 3.2 缸套温度场分析 |
| 3.3 缸套机械载荷边界条件及约束 |
| 3.4 缸套应力场分析 |
| 3.5 缸套变形分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 运行工况下配缸间隙影响因素研究 |
| 4.1 多体动力学基本理论 |
| 4.2 几何模型柔性化处理 |
| 4.3 多体动力学模型搭建 |
| 4.3.1 模态缩减 |
| 4.3.2 多体动力学模型搭建 |
| 4.4 活塞-缸套变形对运行工况下配缸间隙的影响 |
| 4.5 活塞裙部型线对运行工况下配缸间隙的影响 |
| 4.6 设计配缸间隙对运行工况下配缸间隙的影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 活塞裙部型线优化设计 |
| 5.1 活塞裙部型线设计 |
| 5.2 正交试验设计方案 |
| 5.3 试验方案结果分析 |
| 5.3.1 运行工况下最小配缸间隙结果分析 |
| 5.3.2 活塞裙部润滑状态结果分析 |
| 5.3.3 缸套振动特性结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）TBD620V16柴油机活塞敲击噪声特性与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文的背景及意义 |
| 1.2 柴油机振动噪声特性的研究进展 |
| 1.3 活塞敲击噪声预测与控制的研究进展 |
| 1.3.1 国外研究进展 |
| 1.3.2 国内研究进展 |
| 1.4 课题研究内容 |
| 第2章 活塞敲击模型建立研究 |
| 2.1 活塞热力学分析 |
| 2.1.1 活塞热力学相关理论 |
| 2.1.2 活塞热分析边界条件确定 |
| 2.1.3 活塞温度场与热变形分析 |
| 2.2 活塞敲击理论分析 |
| 2.2.1 活塞二阶运动方程推导 |
| 2.2.2 活塞二阶运动状态 |
| 2.2.3 活塞裙部润滑理论 |
| 2.2.4 活塞二阶运动求解思路 |
| 2.2.5 活塞敲击点等效模型 |
| 2.3 基于EXCITE软件的活塞二阶运动分析 |
| 2.3.1 活塞敲击激励计算与验证 |
| 2.3.2 活塞敲击特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 活塞敲击噪声预报与特性分析 |
| 3.1 柴油机振动噪声模型建立研究 |
| 3.1.1 整机模型建立与固有特性分析 |
| 3.1.2 声学边界元模型建立 |
| 3.2 活塞敲击激励引起的整机振动噪声特性分析 |
| 3.2.1 激振力时域加载方法研究 |
| 3.2.2 敲击激励引起机体振动特性分析 |
| 3.2.3 敲击激励引起机体辐射噪声分析 |
| 3.3 动态敲击力与侧推力的贡献量分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 活塞敲击激励源的影响规律研究 |
| 4.1 结构参数对活塞敲击激励的影响研究 |
| 4.1.1 配缸间隙的影响 |
| 4.1.2 活塞销偏置的影响 |
| 4.1.3 曲轴偏置的影响 |
| 4.2 活塞质量分布特性对敲击激励的影响研究 |
| 4.2.1 活塞质量的影响 |
| 4.2.2 活塞转动惯量的影响 |
| 4.2.3 活塞质心的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 活塞敲击引起整机振动噪声控制研究 |
| 5.1 基于激励源强度控制的敲击噪声分析 |
| 5.1.1 减小配缸间隙 |
| 5.1.2 活塞销偏置 |
| 5.1.3 减小活塞质量 |
| 5.2 基于传递路径的敲击噪声优化分析 |
| 5.2.1 活塞敲击传递路径分析 |
| 5.2.2 缸套支撑面积对敲击传递的影响 |
| 5.2.3 支撑点数量对敲击传递的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）内燃机活塞第二道气环设计系统的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号清单 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 活塞环材料 |
| 1.2.2 活塞环表面处理技术 |
| 1.2.3 活塞环润滑 |
| 1.2.4 活塞环有限元分析 |
| 1.2.5 活塞环设计软件系统 |
| 1.3 本文研究意义及研究内容 |
| 1.3.1 研究意义 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第二章 活塞第二道气环设计的基础、理论和方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 活塞环相关参数及性能 |
| 2.3 活塞环作用 |
| 2.3.1 支撑作用 |
| 2.3.2 密封气体 |
| 2.3.3 控油作用 |
| 2.3.4 导热作用 |
| 2.4 活塞环的分类 |
| 2.4.1 矩形环 |
| 2.4.2 锥面环 |
| 2.4.3 梯形环 |
| 2.4.4 桶面环 |
| 2.4.5 内倒角环 |
| 2.4.6 切台环 |
| 2.5 活塞环设计计算 |
| 2.5.1 截面参数 |
| 2.5.2 自由开口 |
| 2.5.3 活塞环的扭曲 |
| 2.5.4 抗折强度 |
| 2.5.5 弹性模量 |
| 2.5.6 切向弹力 |
| 2.5.7 平均比压 |
| 2.5.8 工作应力 |
| 2.5.9 安装应力 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 活塞第二道气环设计软件 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 软件功能 |
| 3.3 软件结构 |
| 3.4 软件编制和使用 |
| 3.4.1 Visual Basic图形用户界面设计 |
| 3.4.2 SQL Server数据库技术 |
| 3.4.3 用户登录界面 |
| 3.4.4 客户信息及内燃机参数输入 |
| 3.4.5 活塞第二道气环设计模块 |
| 3.5 软件验证 |
| 3.5.1 矩形环 |
| 3.5.2 楔形环 |
| 3.5.3 梯形环 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 总结与展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）考虑进气冷却的活塞-缸套瞬态应力及形位公差研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 活塞-缸套温度场研究现状 |
| 1.2.2 活塞-缸套应力研究现状 |
| 1.2.3 活塞-缸套形变研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 活塞-缸套瞬态应力及形变仿真分析理论 |
| 2.1 温度有限元分析理论 |
| 2.2 应力有限元分析理论 |
| 2.3 形位公差的定义及算法 |
| 2.3.1 形位公差的定义 |
| 2.3.2 失圆度的算法 |
| 2.3.3 形位公差的算法调试及验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 考虑进气冷却的活塞-缸套温度场研究 |
| 3.1 第三类传热边界条件 |
| 3.1.1 缸内燃烧仿真 |
| 3.1.2 第三类传热边界条件经验公式计算 |
| 3.2 活塞-机体有限元模型 |
| 3.3 活塞瞬态温度场分析 |
| 3.3.1 活塞温度场仿真结果分析 |
| 3.3.2 仿真结果对比验证 |
| 3.4 缸套瞬态温度场分析 |
| 3.4.1 移动传热边界加载方法 |
| 3.4.2 缸套温度场仿真结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 活塞-缸套动力学及瞬态应力研究 |
| 4.1 活塞-缸套动力学计算 |
| 4.1.1 气缸爆发压力 |
| 4.1.2 往复惯性力 |
| 4.1.3 侧推力 |
| 4.1.4 主轴承力 |
| 4.2 约束边界条件 |
| 4.3 活塞-缸套热应力分析 |
| 4.4 活塞-缸套机械应力分析 |
| 4.5 活塞-缸套热机耦合应力分析 |
| 4.5.1 活塞热机耦合应力结果 |
| 4.5.2 不同载荷工况下的活塞应力曲线对比 |
| 4.5.3 缸套热机耦合应力结果 |
| 4.5.4 不同载荷工况下的缸套应力曲线对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 活塞-缸套形变研究 |
| 5.1 缸套形变仿真结果分析 |
| 5.2 缸套形位公差仿真研究 |
| 5.2.1 数据提取及处理 |
| 5.2.2 缸套失圆度 |
| 5.2.3 缸套同轴度 |
| 5.3 活塞型线变形结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（6）高功率密度柴油机销孔结构对活塞结构强度的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 活塞结构分析的国内外研究现状 |
| 1.2.2 内燃机活塞传热的国内外研究现状 |
| 1.2.3 活塞机械负荷的研究现状 |
| 1.2.4 铝合金活塞材料、成型工艺研发现状 |
| 1.2.5 热障涂层在柴油活塞上的应用现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第二章 活塞数值仿真模型的建立与边界条件 |
| 2.1 活塞传热数值仿真模型的建立 |
| 2.1.1 活塞三维实体模型的建立 |
| 2.1.2 定义材料特性参数 |
| 2.2 边界条件的确定 |
| 2.2.1 缸内燃气侧换热边界条件 |
| 2.2.2 活塞内冷油腔热边界条件 |
| 2.2.3 活塞侧面热边界条件 |
| 2.2.4 活塞内腔热边界条件 |
| 2.3 网格无关性验证 |
| 第三章 异型销孔对活塞强度的影响研究 |
| 3.1 活塞结构强度分析 |
| 3.2 异型销孔对活塞结构强度的影响 |
| 3.2.1 椭圆形异型销孔对活塞结构强度的影响 |
| 3.2.2 锥形异型销孔对活塞结构强度的影响 |
| 3.3 异形销孔对隔热涂层活塞的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 销孔铜套对活塞结构强度的影响研究 |
| 4.1 销孔铜套活塞的强度分析 |
| 4.2 活塞销孔与铜套间配合过盈量对活塞的影响 |
| 4.3 异形销孔铜衬套对活塞强度的影响 |
| 4.2.1 椭圆形异形销孔铜套对活塞热机耦合应力的影响 |
| 4.2.2 楔形异形销孔铜套对活塞热机耦合应力的影响 |
| 4.4 异形销孔衬套对隔热涂层活塞强度的影响 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文 |
（7）内燃机活塞组件-缸套摩擦副润滑油输送和润滑研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 摩擦学的发展及内燃机中的摩擦学问题 |
| 1.3 活塞组—缸套摩擦副润滑油流动与供给研究现状 |
| 1.4 活塞裙—缸套润滑的研究现状 |
| 1.5 活塞环—缸套润滑的研究现状 |
| 1.6 本文工作的关键技术和主要工作 |
| 第二章 活塞裙—缸套摩擦副润滑及润滑油流动分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数学模型和分析方法 |
| 2.2.1 润滑模型 |
| 2.2.2 微凸体接触模型 |
| 2.2.3 总摩擦力与摩擦功率 |
| 2.2.4 活塞二阶运动分析 |
| 2.2.5 润滑油流动分析 |
| 2.3 计算方法和流程 |
| 2.3.1 气缸压力和与相关计算参数的确定 |
| 2.3.2 Reynolds方程的求解 |
| 2.3.3 活塞二阶运动方程的求解 |
| 2.3.4 计算流程 |
| 2.4 结果和分析 |
| 2.4.1 相同负荷不同转速下裙部富油润滑特性 |
| 2.4.2 相同转速不同负荷下裙部富油润滑特性 |
| 2.4.3 不同工况下富油润滑特性对比分析 |
| 2.4.4 计及润滑油输送状况裙部润滑特性 |
| 2.4.5 活塞裙部润滑油流动 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 油环润滑及润滑油输送分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数学模型 |
| 3.2.1 润滑模型 |
| 3.2.2 油膜厚度方程 |
| 3.2.3 润滑油流量方程 |
| 3.2.4 油环受力平衡方程 |
| 3.2.5 摩擦力与摩擦功率 |
| 3.3 求解Reynolds方程的边界条件 |
| 3.4 计算方法与流程 |
| 3.5 结果与分析 |
| 3.5.1 最小油膜厚度 |
| 3.5.2 最大油膜压力 |
| 3.5.3 微凸体径向作用力 |
| 3.5.4 摩擦力和摩擦功率 |
| 3.5.5 润滑油输送 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 刮油环润滑及润滑油流动分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数学模型和分析方法 |
| 4.2.1 润滑模型 |
| 4.2.2 润滑油流量计算 |
| 4.2.3 刮油环受力分析 |
| 4.2.4 摩擦力与摩擦功率 |
| 4.3 求解Reynolds方程的边界条件 |
| 4.4 求解方法与流程 |
| 4.5 结果与分析 |
| 4.5.1 最小油膜厚度 |
| 4.5.2 最大油膜压力 |
| 4.5.3 微凸体径向作用力 |
| 4.5.4 摩擦力和摩擦功率 |
| 4.5.5 润滑油流动 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 气环润滑分析及润滑油在气环—缸套间的流动 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数学模型 |
| 5.2.1 润滑模型 |
| 5.2.2 油膜厚度方程 |
| 5.2.3 润滑油流量方程 |
| 5.2.4 气环受力平衡方程 |
| 5.2.5 摩擦力与摩擦功率 |
| 5.3 数值求解Reynolds方程的边界条件 |
| 5.4 求解方法与流程 |
| 5.5 结果与分析 |
| 5.5.1 最小油膜厚度 |
| 5.5.2 最大油膜压力 |
| 5.5.3 微凸体径向作用力 |
| 5.5.4 摩擦力和摩擦功率 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 考虑润滑油供给条件的活塞环组润滑分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 数学模型和分析方法 |
| 6.2.1 基本假设 |
| 6.2.2 基本模型 |
| 6.2.3 润滑油流动关系 |
| 6.2.4 残余油膜厚度 |
| 6.2.5 活塞上行时气环进口油膜厚度的确定 |
| 6.3 求解Reynolds方程的边界条件 |
| 6.4 数值方法与流程 |
| 6.5 结果与分析 |
| 6.5.1 最小油膜厚度 |
| 6.5.2 最大油膜压力 |
| 6.5.3 微凸体径向作用力 |
| 6.5.4 摩擦力和摩擦功率 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 润滑油消耗的仿真与试验研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 润滑油消耗分析 |
| 7.2.1 分析方法 |
| 7.2.2 残余油膜厚度 |
| 7.2.3 润滑油的蒸发质量流量 |
| 7.2.4 润滑油消耗 |
| 7.3 润滑油消耗试验研究 |
| 7.3.1 试验过程与方法 |
| 7.3.2 试验系统 |
| 7.3.3 试验结果与分析 |
| 7.4 小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
| 1 )参加的学术交流与科研项目 |
| 2 )发表的学术论文(含专利和软件着作权) |
（8）基于多体动力学的活塞—缸套系统摩擦力预测模型及其测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 活塞-缸套系统及活塞销轴承多摩擦副耦合研究现状 |
| 1.3.2 活塞-缸套系统摩擦力测量技术开发现状 |
| 1.4 研究现状总结 |
| 1.5 本文研究内容与框架 |
| 第二章 活塞-缸套系统与销轴承的多体动力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 含多摩擦副的多体动力学系统建模 |
| 2.2.1 多刚体系统运动学分析 |
| 2.2.2 多体系统运动副约束方程 |
| 2.2.3 基于拉格朗日法的多体动力学模型 |
| 2.2.4 多体动力学运动方程的高效求解 |
| 2.2.5 积分算法及多体动力学模型验证 |
| 2.3 混合润滑模型的建立 |
| 2.3.1 润滑状态 |
| 2.3.2 流体润滑控制方程 |
| 2.3.3 润滑油的流变特性 |
| 2.3.4 微凸体接触模型 |
| 2.3.5 当前工程表面摩擦磨损模型的局限性 |
| 2.3.6 活塞裙部-缸套系统润滑模型 |
| 2.3.7 全浮式销轴承润滑模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 活塞-缸套系统摩擦学及二阶动力学性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 含间隙平移副的活塞-连杆-曲轴多体动力学模型 |
| 3.3 裙部表面加工微凹槽对系统摩擦动力学影响分析 |
| 3.3.1 活塞裙加工微凹槽及粗糙度的测量与表征 |
| 3.3.2 考虑加工微凹槽的计算策略及输入参数 |
| 3.3.3 与光滑表面假设下结果的比较 |
| 3.3.4 微凹槽与配缸间隙的影响对比分析 |
| 3.3.5 加工微凹槽的深度影响 |
| 3.3.6 加工微凹槽的密度和形状影响 |
| 3.4 冷、热启动下内燃机活塞的摩擦动力学特性分析 |
| 3.4.1 活塞及缸套热力学分析 |
| 3.4.2 启动工况下模型输入参数及求解策略 |
| 3.4.3 冷、热启动下的摩擦性能对比 |
| 3.4.4 冷、热启动下的二阶动力学特性对比 |
| 3.4.5 第一次点火时的活塞运动分析 |
| 3.4.6 考虑启动工况的活塞裙型线低摩擦优化方案 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 活塞-缸套系统与活塞销轴承的多摩擦副耦合分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 全浮式活塞销轴承动力学特性、润滑机理及磨损规律分析 |
| 4.2.1 含全浮式活塞销轴承的活塞-连杆-曲轴多体动力学系统 |
| 4.2.2 活塞销磨损模型 |
| 4.2.3 活塞销轴承结构及动力学参数输入 |
| 4.2.4 全浮式活塞销的动力学特性 |
| 4.2.5 全浮式活塞销的润滑机理分析 |
| 4.2.6 全浮式活塞销的旋转运动及其磨损预测 |
| 4.2.7 不同转速下的活塞销轴承摩擦动力学特性 |
| 4.3 含活塞销轴承活塞-缸套系统多摩擦副耦合关系分析 |
| 4.3.1 活塞-缸套系统与全浮式活塞销轴承的多体动力学集成建模 |
| 4.3.2 含活塞销轴承活塞-缸套系统多摩擦副耦合影响分析 |
| 4.3.3 含活塞销轴承活塞-缸套系统设计参数影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 活塞组-缸套系统摩擦力无线测量技术开发及分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 测量方法与原理 |
| 5.2.1 瞬时IMEP法的基本原理 |
| 5.2.2 缸内气体力的测量 |
| 5.2.3 连杆力的无线遥测 |
| 5.2.4 惯性力的计算与测量 |
| 5.2.5 测量系统的组成方案 |
| 5.3 测量结果及其与仿真结果的对比分析 |
| 5.3.1 活塞组-缸套润滑系统的多体动力学建模 |
| 5.3.2 测量结果与仿真结果对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要贡献与创新点 |
| 6.3 思考与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表和录用的学术论文及申请的专利 |
| 攻读博士期间参加的科研项目及所获奖励 |
（9）自由活塞内燃直线发电系统设计理论及控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号及缩写对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 自由活塞内燃直线发电混合动力增程应用简介 |
| 1.2.1 基本结构、原理及特点介绍 |
| 1.2.2 混合动力增程应用简介 |
| 1.3 国内外研究现状分析 |
| 1.3.1 相关研究单位及其研究现状 |
| 1.3.2 对国内外各单位研究工作总结及思考 |
| 1.3.3 内燃直线发电系统设计方法研究现状 |
| 1.3.4 直线电机匹配设计研究现状 |
| 1.3.5 控制方法研究现状 |
| 1.3.6 对系统控制难题的总结及思考 |
| 1.4 课题难点挑战及关键科学问题 |
| 1.4.1 课题难点挑战 |
| 1.4.2 关键科学问题 |
| 1.5 研究目的及研究内容 |
| 1.5.1 研究目的 |
| 1.5.2 课题主要研究内容 |
| 第二章 自由活塞内燃直线发电系统解耦设计 |
| 2.1 系统总体结构方案选定 |
| 2.2 系统性能指标解耦分配 |
| 2.2.1 系统能量转化过程功率及效率指标确定 |
| 2.2.2 每工作循环各部件能量及效率分布特性确定 |
| 2.3 各关键部件结构参数及运行参数确定 |
| 2.3.1 内燃机结构参数及运行参数确定 |
| 2.3.2 气体弹簧结构参数及运行参数确定 |
| 2.3.3 直线电机运行参数及关键设计要求 |
| 2.4 直线电机设计 |
| 2.4.1 直线电机型式方案 |
| 2.4.2 直线电机主要尺寸确定 |
| 2.4.3 直线电机性能分析及优化 |
| 2.4.3.1 空载特性仿真分析 |
| 2.4.4.2 负载特性仿真分析 |
| 2.5 系统解耦设计有效性验证 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 自由活塞内燃直线发电系统热动力学特性分析 |
| 3.1 自由活塞运动特性与动力学分析 |
| 3.2 耦合系统建模分析 |
| 3.2.1 内燃机模型建立 |
| 3.2.2 直线电机模型建立 |
| 3.2.3 气体弹簧模型建立 |
| 3.3 耦合系统热动力学仿真研究 |
| 3.3.1 自由活塞运动特性分析 |
| 3.3.2 自由活塞受力特性分析 |
| 3.3.3 内燃机气缸、气体弹簧压强特性分析 |
| 3.3.4 系统输出特性分析 |
| 3.4 系统参数、运行参数对系统性能影响分析 |
| 3.4.1 系统等效刚度对于输出功率的影响 |
| 3.4.2 循环喷油量对于输出功率及系统效率的影响 |
| 3.4.3 点火位置对于输出功率及系统效率的影响 |
| 3.4.4 气体弹簧初始压强对输出功率及系统效率的影响 |
| 3.4.5 负载对输出功率及系统效率的影响 |
| 3.4.6 运动质量对于输出功率及系统效率的影响 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 系统全周期运行过程及基本控制策略分析 |
| 4.1 活塞组件运动状态检测及运行工况预测 |
| 4.2 系统启动过程及其控制策略分析 |
| 4.3 系统稳定运行过程及其控制策略分析 |
| 4.4 系统失火故障恢复过程及其控制策略分析 |
| 4.5 系统停止过程及其控制策略分析 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 基于虚拟曲轴的自由活塞运动非线性控制 |
| 5.1 虚拟曲轴概念及其特点 |
| 5.2 基于虚拟曲轴的自由活塞运动轨迹规划 |
| 5.2.1 虚拟曲轴参数与自由活塞运动轨迹关系 |
| 5.2.2 虚拟曲轴参数与系统性能指标关系 |
| 5.2.3 虚拟曲轴参数影响分析 |
| 5.2.4 虚拟曲轴参数优化及活塞运动轨迹规划 |
| 5.3 耗散哈密顿能量整形自由活塞运动控制 |
| 5.3.1 自由活塞直线电机耗散哈密顿建模 |
| 5.3.2 系统能量整形及电流内环平衡点配置 |
| 5.3.3 耗散哈密顿速度控制器设计 |
| 5.3.4 自由活塞运动控制算法仿真验证及分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 系统硬件测试平台及实验分析 |
| 6.1 集成系统总体硬件构成 |
| 6.2 内燃机操作功能测试 |
| 6.2.1 内燃机操作功能测试平台 |
| 6.2.2 内燃机点火启动测试及实验分析 |
| 6.3 直线电机性能测试 |
| 6.3.1 直线电机性能测试平台 |
| 6.3.2 直线电机性能测试及实验分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 论文结论 |
| 7.2 论文特色与创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果 |
（10）纳米润滑油改善内燃机活塞组—气缸套润滑摩擦热物理机制研究（论文提纲范文）
| 授权 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 课题研究的背景及实际意义 |
| 1.1.2 课题研究的理论价值 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 纳米润滑油改善润滑摩擦物理机制的实验研究 |
| 1.2.2 纳米润滑油改善润滑摩擦物理机制的CFD研究 |
| 1.2.3 纳米润滑油改善润滑摩擦物理机制的MD研究 |
| 1.2.4 纳米润滑油在内燃机中的应用研究 |
| 1.3 当前研究中存在的问题与不足 |
| 1.4 本文主要研究思路与内容 |
| 2 分子动力学模拟理论基础 |
| 2.1 MD模拟原理 |
| 2.2 势函数的选取及依据 |
| 2.3 边界条件的选择 |
| 2.4 系综的选用 |
| 2.5 温度控制方法 |
| 2.6 原子运动方程的求解 |
| 2.7 数据统计方法的选择及建立 |
| 2.8 MD方法的可靠性验证 |
| 2.9 MD应用软件及计算硬件条件 |
| 2.10 本章小结 |
| 3 流体润滑状态下纳米润滑油的润滑摩擦特性研究 |
| 3.1 模拟模型的建立 |
| 3.1.1 氩基流体光滑表面模拟模型 |
| 3.1.2 氩基流体非平表面模拟模型 |
| 3.1.3 有机流体光滑表面模拟模型 |
| 3.1.4 有机流体非平表面模拟模型 |
| 3.2 势函数 |
| 3.3 计算过程 |
| 3.4 氩基模拟结果分析 |
| 3.4.1 光滑表面结果分析 |
| 3.4.2 非平表面结果分析 |
| 3.5 有机流体模拟结果分析 |
| 3.5.1 光滑表面结果分析 |
| 3.5.2 非平表面结果分析 |
| 3.6 液氩和有机流体分别作为基础液的结果对比 |
| 3.7 不同温度下的润滑摩擦特性 |
| 3.8 流体润滑状态下纳米润滑油影响润滑摩擦特性的热物理机制及其在活塞组-气缸套中的应用分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 4. 薄膜润滑状态下纳米润滑油的润滑摩擦特性研究 |
| 4.1 模拟模型的建立 |
| 4.2 势函数 |
| 4.3 计算过程 |
| 4.4 计算结果与分析 |
| 4.4.1 基础流体和纳米流体润滑摩擦特性的对比 |
| 4.4.2 滑动速度对润滑摩擦特性的影响 |
| 4.4.3 纳米颗粒种类对润滑摩擦特性的影响 |
| 4.5 薄膜润滑状态下纳米颗粒影响润滑摩擦特性的物理机制 |
| 4.6 薄膜润滑状态下纳米润滑油在活塞组-气缸套中的应用分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 5. 边界润滑状态下纳米颗粒对润滑摩擦特性的影响 |
| 5.1 纳米颗粒对边界润滑膜承载能力的影响 |
| 5.1.1 模拟模型的建立 |
| 5.1.2 势函数 |
| 5.1.3 计算过程 |
| 5.1.4 软质纳米颗粒对边界润滑膜承载能力的影响 |
| 5.1.5 硬质纳米颗粒对边界润滑膜承载能力的影响 |
| 5.2 纳米颗粒对凸峰接触润滑摩擦特性的影响 |
| 5.2.1 模拟模型的建立 |
| 5.2.2 势函数 |
| 5.2.3 计算过程 |
| 5.2.4 软质纳米颗粒对凸峰接触润滑摩擦特性的影响 |
| 5.2.5 硬质纳米颗粒对凸峰接触润滑摩擦特性的影响 |
| 5.3 纳米颗粒对凸峰接触温度分布的影响 |
| 5.3.1 模拟模型的建立 |
| 5.3.2 势函数 |
| 5.3.3 计算过程 |
| 5.3.4 软质纳米颗粒对凸峰接触温度分布的影响 |
| 5.3.5 硬质纳米颗粒对凸峰接触温度分布的影响 |
| 5.4 边界润滑状态下纳米润滑油影响润滑摩擦特性的热物理机制及其在活塞组-气缸套中的应用分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6. 纳米流体的流动和换热特性研究 |
| 6.1 纳米颗粒对流动特性的影响 |
| 6.1.1 模拟模型的建立 |
| 6.1.2 势函数 |
| 6.1.3 计算过程 |
| 6.1.4 纳米颗粒的运动状态 |
| 6.1.5 纳米颗粒与连续相间的速度滑移 |
| 6.1.6 连续相的速度脉动 |
| 6.2 纳米流体流动和换热特性的耦合计算 |
| 6.2.1 模拟模型的建立 |
| 6.2.2 势函数 |
| 6.2.3 计算过程 |
| 6.2.4 液氩作为基础液时等效导热系数的计算 |
| 6.2.5 液氩作为基础液,热物性变化和纳米颗粒微运动对对流换热性能提高的贡献比例 |
| 6.2.6 有机流体作为基础液对液氩计算结果的进一步验证 |
| 6.3 纳米润滑油强化换热特性对活塞组-气缸套润滑摩擦特性的影响分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7. 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点摘要 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、内燃机活塞组有限元分析研究进展（论文参考文献）
- [1]基于IMEP法的活塞缸套摩擦试验机关键技术研究[D]. 董晋明. 太原理工大学, 2020(01)
- [2]某柴油机运行工况下配缸间隙特性研究[D]. 江雨晨. 山东大学, 2020(12)
- [3]TBD620V16柴油机活塞敲击噪声特性与控制研究[D]. 马一鸣. 哈尔滨工程大学, 2020(08)
- [4]内燃机活塞第二道气环设计系统的研究[D]. 张潇. 合肥工业大学, 2020(02)
- [5]考虑进气冷却的活塞-缸套瞬态应力及形位公差研究[D]. 王静超. 天津大学, 2019(01)
- [6]高功率密度柴油机销孔结构对活塞结构强度的影响研究[D]. 穆艳丽. 昆明理工大学, 2019(01)
- [7]内燃机活塞组件-缸套摩擦副润滑油输送和润滑研究[D]. 刘广胜. 合肥工业大学, 2019(03)
- [8]基于多体动力学的活塞—缸套系统摩擦力预测模型及其测量技术研究[D]. 方聪聪. 上海交通大学, 2018
- [9]自由活塞内燃直线发电系统设计理论及控制方法研究[D]. 孙鹏. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所), 2017(12)
- [10]纳米润滑油改善内燃机活塞组—气缸套润滑摩擦热物理机制研究[D]. 胡成志. 大连理工大学, 2016(06)