带仿生结构的内燃机活塞裙部优化设计

来源：农业机械学报杂志2015年第6期北京时间：

作者：吴波,丛茜,熙鹏

单位：吉林大学;长春工程学院,吉林大学,吉林大学,

摘要：以捷达1.6L汽车内燃机为试验母体，将黄缘真龙虱体表的减阻、耐磨凹坑结构应用于内燃机主要摩擦副活塞裙部上，并进行优化设计。首先，根据龙虱体表凹坑排布的形状和结构尺寸确定仿生孔径和间距范围，通过相对速度减阻率选定最优仿生孔径。其次，根据标准活塞裙部热—结构耦合分析应力排布情况，设计变孔径、变行间距排布的仿生孔，并制定正交试验方案。对仿生活塞模型进行有限元热—结构耦合分析，选取3个典型目标变量作为试验指标，进行优化设计得出主次因素和最优组合。最后，选取标准活塞、最优性能仿生活塞、最优组合活塞，进行内燃机耐久性台架试验。通过检测各个气缸活塞运行至上止点时其顶部温度、气体压力变化率、活塞磨损量、磨损后活塞裙部表面粗糙度验证了仿生活塞减阻、耐磨的优越性。

关键词：内燃机;活塞;仿生设计;试验优化;黄缘真龙虱

基金资助：国家自然科学基金资助项目（51375205）和吉林省科技发展计划资助项目（20120322）