Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

В этом случае остаточныенапряжения после каждого предшествующего цикла нагружения рассматрива­ются как начальные условия при расчете каждого последующего цикла.Анализ мест концентрации неупругих деформаций (рис. 3.15.) показывает,что для данной конструкции наиболее напряженными являются районы меж­клапанных перемычек, форсуночное отверстие, а также фаски мест посадкиклапанных сёдел. Практика наблюдаемых ранее разрушений показывает, чтонаиболее частыми местами появления трещин являются именно выше перечис­ленные регионы огневого днища.Расчетное исследование показало, что напряженное состояние в межкла­панных перемычках близко к одноосному состоянию, поскольку соответст­вующие компоненты напряжений практически совпадает по алгебраическойвеличине с соответствующими главными напряжениями, что существенно уп­рощает анализ напряженно-деформированного состояния этих элементов113крышки.На рис. 3.16.

и 3.17. соответственно приведены максимальные (главные)напряжения сжатия при T ^ и остаточные напряжения растяжения при Tmjn. нарис. 3.18. и 3.19. показаны х- и у-компоненты напряжений при Т т а х соответст­венно.Механизм деформирования материала удобно рассмотреть на диаграммахдеформирования. Так на рис. 3.20.-3.21. приведены диаграммы деформирова­ния материала в различных регионах крышки цилиндра. По оси абсцисс откла­дывается механическая деформация в абсолютных единицах, по оси ординат напряжение в паскалях.Рис.

3.15. Зоны неупругого деформирования материла в элементахкрышки цилиндра при Т т а х (интенсивность напряжений [Па])Использование компонент напряжений и деформаций для построения диа­грамм обусловлено удобством использования (при циклическом деформирова­нии главные напряжения меняют знак), кроме того, ранее было отмечено, чтонапряженное состояние в перемычках близко к одноосному.Анализ полученных данных показывает, что более напряженной с точки114зрения величины остаточного напряжения является перемычка между впуск­ными клапанами, несмотря на более низкий уровень температуры. Данное об­стоятельство косвенно подтверждается данными эксперимента (уровень оста­точных напряжений в перемычке между впускными каналами в среднем на 10%Рис.

3.16. Максимальные (главные) сжимающие напряжения [Па]от действия Т т а хвыше, чем в перемычке между выпускными каналами). Более высокий уровеньнапряжений связан с повышенной степенью стеснения теплового расширения,определяемой так называемым коэффициентом стеснения, и обусловлен мень­шим эффективным поперечным сечением впускной перемычки.Коэффициент стеснения тепловой деформации (отношение механическойдеформации к термической [72]) определяется как конструкторской особенно­стью детали, так и температурным полем. В межклапанных перемычках,имеющих меньшую жесткость и повышенный уровень температур, по сравне­нию с другими элементами огневого днища коэффициент жесткости лежит в115пределах к=0,6.Л и более. При к>1 имеет место явление «сверхстеснения», ко­гда смежные с перемычкой элементы имеют повышенный уровень температур,что способствует дополнительному сжатию перемычки [39,99].3Рис. 3.17.

Остаточные (главные) напряжения [Па] при полномостывании конструкции до температуры 20°СДля крышки цилиндра дизеля Д49 с наклонным расположением форсункив ходе расчета установлены следующие (средние по длине перемычке) коэффи­циенты стеснения тепловых деформаций соответственно к=0,72 для выпускнойперемычки и к=0,95 для впускной перемычки. Локальные коэффициенты стес­нения на фасках перемычек имеют значения к=0,95..1,15 соответственно.Менее опасным с точки зрения величины остаточных напряжений можнопризнать центральную область огневого днища, несмотря на повышенный уро­вень температуры.

Это объясняется меньшим коэффициентом стеснения прибольшей площади поперечного сечения (жесткостью), а также переходом кплосконапряженному состоянию. Однако необходимо принимать во внимание,что повышенный уровень температур способствует ускорению реологических116Рис. 3.18. Распределение Х-компоненты температурных-г.зг»ошнапряжений [Па] в межклапанных перемычках от действия Т т а хпроцессов (релаксации) за счет интенсификации процессов структурного изме­нения материала, что дополнительно разупрочняет материал.Градиент температуры по толщине огневого днища приводит к появлениюизгибных напряжений.

Наибольший температурный перепад наблюдается в зо­не перемычек. Это обусловлено неблагоприятным соотношением площадей на­грева и охлаждения (особенно для впускной перемычки).Перепад температур в зоне перемычки между выпускными каналами со­ставляет ~155°С; впускными каналами ~175°С; разноименными каналами=130°С (см. рис. 3.8. б и в). Повышенный теплоперепад во впускной перемычкеобусловлен большей толщиной огневого днища в этом регионе, по сравнению свыпускной перемычкой (==23,0 мм.

и ~12,5 мм. в выпускной перемычке). Дан­ное обстоятельство приводит к дополнительному росту напряжений сжатия наогневой поверхности в высокотемпературной части цикла.2.68*001-2.51+001Рис. 3.19. Распределение Y-компоненты температурных.г.ЗАт1напряжений [Па] в межклапанных перемычках от действия Т т а ха, Па2,0Е+081,0Е+080,ОЕ+00--1,0Е+08-2,0Е+08-3,0Е+08-4,0Е+08-5,ОЕ+08Рис. 3.20. Диаграммы деформирования материала (а х -е х ) в районеперемычек между впускными каналами и выпускными каналами118о, Па2,00E+O81,00Е+080,00E+00-l,00E+08-2,00Е-И)8-3,00E+08-4,O0E+O8Рис. 3.21. Диаграммы деформирования материла (ay-8y) для соответ­ствующих узлов (рис. 3.23.)node 406202node 416251257*008206*00t—1 88*00117U008|1.54*0137*0011.20*0011.03*00S8.57*006.85*0075.14*0073.43*007Рис.

3.22. Распределение Х-компоненты остаточных напряжений [Па]119Рис. 3.23. Распределение Y-компоненты остаточных напряжений [Па] 3-01*007Анализ изгибной доли температурных напряжений показывает, что изгибные напряжения в межклапанных перемычках составляют о изг = -208,5 МПа ио~изг=-189МПа во впускной и выпускной соответственно. Что в процентном от­ношении к суммарным напряжениям сжатия соответственно составляет 50,8% и48,7%.

Полученные значения соответствуют данным приведенным [3,6,10,16] вкоторых доля изгибных температурных напряжений для крышек цилиндровсреднеоборотных дизелей оценивается в среднем в 45...55% от суммарныхтемпературных напряжений.Анализ диаграмм деформирования показывает, что поведение материалахарактеризуется квазиупругим поведением (с небольшим приростом неупругихдеформаций в каждом последующем цикле нагружения) уже после первогоцикла нагружения. При этом интенсивность процесса релаксации напряженийсо временем снижается, что способствует постепенному затуханию процесса120накопления остаточных напряжений. Наработка дизеля при ускоренных испы­таниях на надежность соответствует времени работы в эксплуатации до первойпереборки, что по данным работы [3] соответствует времени стабилизации па­раметров цикла нагружения (замедление роста остаточных напряжений).

В свя­зи с этим можно отметить, что уровень расчетных остаточных напряжений не­высок, и не превышает предельного уровня [а ост ]=200 МПа для данного уровнянаработки, что говорит о работоспособности конструкции и обеспечении за­данной долговечности при несущественном изменении температурного состоя­ния в процессе эксплуатации. Доля отказов при этом (не более 7%) связана свозможными различиями, как в прочностных показателях материала отдельныхдеталей, так и с неидентичностью условий эксплуатации. Эксплуатационныефакторы, такие как: разрегулировка системы топливоподачи и механизма газо­распределения, появление отложений на поверхности охлаждения оказываютсущественное влияние на температурное состояние конструкции, а, следова­тельно, и на долговечность.

Несоблюдение требований по водоподготовке при­водит к образованию отложений на охлаждаемых поверхностях, что приводит крезкому снижению эффективности охлаждения. При доводке дизелей размер­ности 26/26 было установлено, что каждая десятая доля миллиметра отложенийприводит к увеличению температуры на огневой поверхности крышки пример­но на 10 С. Таким образом, одним из важнейших аспектов достижения задан­ной долговечности для крышки цилиндра является соблюдение условий нор­мальной эксплуатации дизеля.1213.4. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА СЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ ПО ОСТАТОЧНОЙНАПРЯЖЕННОСТИДля количественной оценки адекватности выбранной методики расчета ос­таточных напряжений необходимо сопоставить расчетные данные с даннымиэксперимента.Процесс появления и накопления остаточных напряжений носит вероятно­стный характер, поэтому имеет место достаточно большой естественный раз­брос полученных экспериментальных значений (см.

таблицу 2.). Случайный ха­рактер появления остаточных напряжений обусловлен рядом факторов такихкак:- неравномерность тепловой нагруженности деталей в эксплуатации, свя­занная с разрегулировкой систем топливоподачи и газораспределения;- перегрузка отдельных крышек дизеля;- возможность появления отложений в полостях охлаждения с последую­щим резким снижением эффективности охлаждения;- наличие в материале микро и макро дефектов;- наличие начальных остаточных напряжений в конструкции (неизвестнойвеличины и знака), появляющихся в процессе отливки заготовки.Оценить в целом влияние вышеперечисленных факторов на практике непредставляется возможным ввиду отсутствия достоверных данных как по изме­нению теплового состояния конструкции в процессе эксплуатации, так и по на­чальной напряженности.Учитывая большой естественный разброс экспериментальных данных(>60% в пределах одного датчика по семи образцам) для сравнительного анали­за необходимо систематизировать данные эксперимента.

Характеристики

Список файлов диссертации