Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

1.16.Рис. 1.16. Температурное поле крышки цилиндра дизеля ЧН26/26 с ци­линдровой мощностью 300 л.с.43Полученные в результате расчета данные имеют хорошую сходимость сэкспериментами на двигателе.Далее производится расчет полей деформаций и напряжений (в том числеизгибных от перепада температуры по толщине и от действия сил давления га­зов) в упругой постановке.Кинематические граничные условия вносят существенный вклад в точ­ность получаемых результатов. В данной методике использовано расчетноэкспериментальное обоснование кинематических ГУ.

Для учета жесткости со­пряженных деталей при расчетах температурных напряжений крышки вводятсятак называемые коэффициенты жесткости со стороны посадочных поверхно­стей. Коэффициенты жесткости определяются как отношение измеренных пе­ремещений элементов огневого днища к свободным, которые получены расчет­ным путем при одинаковом тепловом состоянии крышки. При определениитемпературных напряжений свободные перемещения узлов конечно-элементноймодели умножаются на соответствующие коэффициенты жесткости.Анализ работоспособности крышки производится, исходя из уровня мак­симальных температур и суммарных напряжений, действующих в зонах кон­центрации (область межклапанных перемычек, и отверстия под распылительфорсунки).

Наиболее нагруженные элементы огневого днища - межклапанныеперемычки, имеют помимо всего прочего, повышенный уровень температур иповышенное стеснение теплового расширения (ввиду меньшей жесткости посравнению со смежными участками). Температурные напряжения сжатия в этихзонах могут превышать условный предел текучести материала. При переходеконструкции в холодное состояние происходит появление и постепенное накоп­ление (вследствие переменности режимов работы дизеля) остаточных напряже­ний растяжения, что особенно опасно для таких материалов, таких как чугун. Ксожалению, методика не позволяет оценить уровень остаточных напряженийрасчетным способом и анализировать кинетику процессов неупругого дефор-44мирования материала крышки в процессе эксплуатации дизеля, что ограничива­ет ее применение для оценки долговечности крышки цилиндра.Оценка долговечности крышек цилиндров на ОАО «Коломенский завод»производится в настоящее время экспериментально, на основе уровня накоп­ленных крышкой в процессе работы двигателя остаточных напряжений в меж­клапанных перемычках.

Контроль остаточных напряжений выполняется мето­дом выделения межклапанных перемычек из огневой плиты с предварительнонаклеенными на них тензорезисторами. Сопоставление наработки двигателя иуровня накопленных остаточных напряжений в перемычках позволяет оценитьдолговечность конструкции. Заключение о работоспособности конструкции да­ется исходя из темпа роста остаточных напряжений в межклапанных перемыч­ках, который характеризует механизм упруго-пластического деформирования.Согласно данным [3,4] если прирост пластической деформации в цикле нагружения превышает некоторую величину (определенную для данного вида нагружения и типа материала), эффект приспособляемости не достигается; механизмдеформирования будет иметь характер с двухсторонним накоплением пластиче­ских деформаций, при этом материал быстро разупрочняется и конструкция бы­стро выходит из строя. Более подробно методика оценки долговечности крышекцилиндров в главе III.Комплексное решение задачи определения теплового и напряженнодеформированного состояния, а также долговечности крышек цилиндров на со­временном уровне выполнено в работе [31].

После моделирования рабочегопроцесса в AVL/FIRE (определения тепловых граничных условий) моделируют­ся теплообмен в камере сгорания и в полости охлаждения средствами пакетаABAQUS. Полученное температурное поле является в дальнейшем нагрузоч­ным критерием. Нелинейный анализ и моделирование повреждаемости выпол­нены в ABAQUS/ZEBULON. Далее производится анализ долговечности с при­менением экспериментальных данных по поведению материала в условиях ста­тической и переменных нагрузок при повышенной температуре. Структура ме-45тодики представлена ниже на блок-схеме. Последовательное моделирование ра­бочего процесса, теплообмена, решение прочностных задач сведены в подоб­ных методиках в единую последовательность, что наиболее полно отвечает со­временным требованиям к автоматизации проектирования.

Данный подход по­зволяет оперативно вносить изменения в конструкцию на разных этапах проек­тирования и доводки с целью оптимизации тех или иных параметров. В методи­ке, к сожалению, не описываются процессы выполнения неупругого анализа иоценки долговечности, что ограничивает её значимость с точки зрения практи­ческого применения.термодинамическоемоделированиеBOOSTциклическиеиспытания надолговечностьмоделированиегидродинамикипотокавнутри цилиндра(сгорание) FIREмоделированиегидродинамикиохлаждающейжидкостиBOOSTхарактеристикаматериала/испытания наразрушениенеустановившаясятеплопроводностьМКЭ -T(t)ABAQUSпараметры моделиматериалаZEBULONнелинейныйКЭ анализABAQUS/ZEBULONa(t),E">(t)прогнозированиедолговечности(число циклов)параметры моделиповрежденияZEBULONБлок-схема анализа долговечности крышки цилиндра из серого чугунаАнализ расчетных методов исследования напряженно-деформирован­ного состояния крышек цилиндров показал, что наиболее развиты в настоящиймомент численные методы, (метод конечных элементов) которые позволяюткомплексно решать задачи теплопроводности и термоупругости для такихсложных деталей как крышка цилиндра.

Следует отметить, к настоящему мо­менту расчеты за пределами упругого поведения материала не распространеныв конечно-элементном анализе крышек цилиндров среднеоборотных дизелей.Кроме неупругого поведения материала конечно-элементный анализ позволяетмоделировать реологические процессы, в частности релаксацию напряжений в46высокотемпературной части цикла нагружения. В литературных данных прак­тически полностью отсутствуют сведения о расчетах крышек в циклическойнеупругой температурно-временной постановке. Рассмотренные расчетныесхемы и методы (основанные на теории упругости) в настоящее время не удов­летворяют инженерную практику, поскольку не дают качественного и количе­ственного представления о напряженно-деформированном состоянии, необхо­димого для более точной оценки долговечности. Поэтому, весьма актуальна насегодняшнийденьзадачаразработкиметодикирасчетанапряженно-деформированного состояния крышек цилиндров с учетом циклического неуп­ругого деформирования материала, а также с учетом деформаций ползучести.Ввиду отмеченной сложности трехмерного конечно-элементного модели­рования (которая возрастает на порядок при нелинейной постановке задачи)можно признать целесообразным комбинацию МКЭ и более простых методов, вчастности балочно-стержневого и метода макроэлементов, рассмотренных ра­нее.

В сочетании с МКЭ указанные модели образуют иерархическую системумоделей крышки цилиндра, применение которой позволяет получить решениена уровне инженерной точности при умеренной трудоемкости.471.4. ОБЗОР МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ,РАБОТАЮЩИХ ПРИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОМ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИАнализ работ [3,4,5,15,16,26,28,31,39] показывает, что при существующихконструкторских исполнениях и уровнях форсирования современных средне­оборотных дизелей обеспечить упругое деформирование материала крышкицилиндра в условиях рабочих нагрузок не всегда возможно.По данным хронометража на Коломенском заводе, число циклов полныхтепловых смен для крышек цилиндров транспортных дизелей может доходитьдо 1-Ю5 циклов [36].

Обеспечение необходимой долговечности крышки цилин­дра при существующих температурах возможно лишь за счет приспособляемо­сти. В работе [4] выполнен анализ зависимости долговечности от уровня тем­пературы для теплонапряженных деталей камеры сгорания. Автор приводит ве­личину допустимого размаха пластических деформаций в стабилизированномцикле (ширина петли гистерезиса) AEPI=0, 0001 для высокопрочного чугуна вы­ше которого приспособляемость не возможна.Доля неупругих деформаций в цикле зависит от температуры, степенистеснения тепловых деформаций и свойств материала. Коэффициент жесткостинагружения (степень стеснения), определяемый как отношение механическойдеформации к термической деформации к = -м- [72], для межклапанных перемычек лежит в диапазоне 0,4 до 1 и выше. При жестком нагружении размах де­формаций в цикле нагружения остается постоянным.

Характеристики

Список файлов диссертации