活塞-缸套系统是汽车发动机的重要组成部分,其工作状态直接影响内燃机的寿命、排放性能等。系统在工作过程中受到的热载荷和机械载荷都对系统的摩擦情况有着重要的影响,所以本文在热力耦合状态下对活塞-缸套系统进行摩擦学研究。主要工作如下:(1)仿真活塞-缸套系统在机械载荷下的受力情况。首先需要求出活塞、活塞环和气缸受到的机械载荷大小以及分布,将求得的机械载荷作为边界条件应用到ABAQUS中研究系统在机械载荷下的受力情况。其中,活塞环在安装的过程中会产生套装应力,因此需要对活塞环的套装过程进行强度校核。(2)对活塞-缸套系统热分析。本文计算采用第三类边界条件,需求出与活塞顶面换热的近壁面流体的温度和换热系数。换热系数采用经验或半经验公式计算得出,温度是根据AVL-FIRE仿真得出,得出边界条件之后对系统进行热力学仿真,仿真系统的温度、热应力和接触应力的分布以及摩擦应力的大小。(3)仿真系统在热力耦合条件下的受力状态。分析系统在耦合状态下的应力、变形和接触应力的分布以及摩擦应力的大小,分析受力情况和受力恶劣的位置,对比系统在机械载荷和热载荷作用下的受力状态可知系统在热力耦合状态下的受力更加恶劣,摩擦磨损更加严重。(4)改进系统结构并进行合理化验证。从以下五个方面对系统结构改进:改进活塞厚度、改进活塞环槽高度、改进活塞销座圆角大小、改进活塞顶面形状以及改进气缸的厚度,对改进后的活塞-缸套系统进行热力耦合仿真分析,将结果与标准活塞的仿真结果进行对比,改善活塞受力状态影响因素由大到小:活塞顶面形状、活塞销座圆角、活塞的厚度和活塞环槽的高度。