内燃机在工作中受到运转因素及其自身结构因素等方面的影响,常常会出现不正常的爆震燃烧,当该燃烧不进行及时规避的话,往往会转化成具有破坏作用的烈性爆震。烈性爆震的危害程度非常大,经常造成对活塞等部件的损坏。为了了解烈性爆震发生后对活塞等部件破坏的机理,本课题组在前期工作中提出爆轰波在封闭空间中汇聚的假说,通过建立数学模型对爆轰波的汇聚现象进行计算模拟研究,发现该假说可以很好地阐释燃烧室封闭有限空间内超温超压的形成机理。为了验证该计算的结果以及阐明爆震波汇聚对燃烧室零部件的破坏作用,本研究具体开展了两方面的实验工作:一是在自己设计的一个可以发生爆轰波的容弹内,通过产生预定的爆轰波探究不同的初始背压、余隙和当量比的对爆轰波压力波动的影响,总结了爆轰波在封闭有限空间内压力波动特性。二是通过在该装置内引发爆轰,观察其对模拟活塞试件的破坏过程,找出爆轰波强度和次数、活塞结构和材料对活塞试件形变量的影响规律,结合宏观图像分析阐述活塞试件在爆轰波作用下裂纹的产生发展及最终破坏过程。本工作的主要研究结论如下:爆轰波压力波动特性主要受初始条件和结构条件决定。当保持当量比和余隙不变时,随着初始背压的增加,缸盖处、活塞顶面中心处、活塞顶面1/4处以及活塞顶面边缘处的最大峰值压力显著增加。当保持初始背压和当量比不变时,随着余隙的增大,初始峰值压力增大。实验发现,当量比过小或者过大的都不容易形成爆轰波。活塞材料和结构形状对活塞抵抗爆轰的能力起到决定性作用。实验发现在初次爆轰波的作用下,试件厚度越大其形变量越小即抵抗变形的能力越强。同时实验还发现ZL108铝合金材料抵抗爆轰的能力要优于2A12铝合金。当保持当量比和余隙不变时,随着初始背压的增加,活塞试件的形变量随之增加。保持初始背压和余隙不变发现:当量比小于1时,增加当量比可以显著增大活塞试件的形变量。当当量比大于1时,继续提高当量比活塞试件形变量并无显著增大。爆轰波破坏活塞试件分多个阶段。本研究发现活塞试件被爆轰波破坏经历了四个阶段:微损伤扩大,界面解离,层状脱落,铝膜破裂。通过对比可知在设计的可发生爆轰波的定容弹内由产生的爆轰波对模拟活塞试件的破坏,与真实内燃机活塞在烈性爆震下的破坏基本一致。从而验证了内燃机活塞是被由烈性爆震转化的爆轰波汇聚破坏的假说的正确性,设计的爆轰容弹可以满足烈性爆震下爆轰波对活塞破坏实验的需求。