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對具有不同涂層厚度活塞環(huán)的分析

使用有限元方法對薄膜涂層活塞環(huán)在接觸載荷作用下進行了分析。在一個完整的4沖程汽油機循環(huán)中觀察到的實際法向和切向壓力作為軸對稱網(wǎng)格的輸入。對4個不同涂層厚度（20、40、70、100μm）活塞環(huán)進行了分析，對應(yīng)每一個涂層厚度，彈性模量分別取5個不同的值（144.5、216、289、433.5、578GPa）?；趹?yīng)力分布來比較不同的系統(tǒng)，特別是在與氣缸內(nèi)表面接觸區(qū)域的網(wǎng)格應(yīng)力峰值位置，并考慮了活塞環(huán)的強度。

研究結(jié)果表明，考慮到涂層中的高初始殘余軸向壓應(yīng)力，對于較厚的涂層，初始殘余應(yīng)力作用在一個較大的面積，增加的軸向負荷往往在材料中產(chǎn)生拉應(yīng)力。較薄涂層活塞環(huán)顯示出了更多的壓應(yīng)力，并且在涂層與活塞環(huán)界面表現(xiàn)出了最高的壓應(yīng)力。而較厚涂層的壓應(yīng)力可以低至初始殘余壓應(yīng)力值的20%，主要顯示出拉應(yīng)力，并且在活塞環(huán)的中部區(qū)域表現(xiàn)出了拉應(yīng)力峰值。同時，更薄的涂層在與氣缸接觸的內(nèi)表面處顯示出了較大的軸向壓縮應(yīng)力，這也可能會使系統(tǒng)不易發(fā)生裂紋擴展。對于相對較柔軟的涂層來說，涂層中的軸向應(yīng)力并沒有明顯受到操作條件（接觸應(yīng)力條件）的影響，剩余的高初始壓應(yīng)力由涂層的沉積產(chǎn)生，但這一結(jié)果并不適用于硬涂層，因為硬涂層中的應(yīng)力為拉力。由于薄涂層和較厚涂層表現(xiàn)出了不同的趨勢，涂層的彈性模量和活塞環(huán)的應(yīng)力分布并沒有表現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

網(wǎng)址：http://www.sciencedirect. com

作者：Luiz G.D.B.S. Lima et al

編譯：羅濤