许春光，王国莹，梁惠杰，文洋，李鹏，赵志强，张炜，胡锦川

(1.中国北方发动机研究所(天津)，天津 300400；2.哈尔滨市产品质量监督检察院，黑龙江 哈尔滨 150036；3.驻北京地区第八军代室，北京 100072)

活塞是发动机中承受机械载荷和热载荷较为严重的部件之一，其承载特性是影响活塞疲劳强度可靠性的重要因素[1-3]。工作过程中，活塞承受交变气体力和热应力的耦合作用，同时由于发动机服役工况范围广且多变，活塞承载规律极其复杂。研究表明[4-5]，稳态工况下高频温度载荷与气体力作用易导致活塞发生高周疲劳失效，失效部位主要出现在销孔内侧上沿等区域。研究发现[6]，工况大幅波动(如停车—起动—停车工况)易产生低频波动热应力，往往导致喉口区发生低周疲劳失效。目前，随着发动机功率密度的不断提升，活塞承受的热-机械负荷增加，其疲劳强度是当前设计关注的焦点。因此，本研究采用仿真的方法分析活塞结构温度和应力随时间和载荷的变化行为，为活塞疲劳寿命预测提供依据，为活塞材料开发提供载荷约束。

1 研究思路

根据发动机活塞的工作环境，活塞必须同时满足高周疲劳和低周疲劳的设计要求。高周疲劳强度按照无限寿命设计，低周疲劳寿命与发动机服役工况、服役寿命及用途相关。目前，主要基于发动机台架耐久性试验来考核发动机结构件疲劳特性。图1示出发动机典型台架耐久规范，主要由标定转速稳态工况及怠速与标定工况组成的交变工况两部分组成，分别考核发动机结构件高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)性能。……