4 лр (1095725)
Текст из файла
10. Попробуйте самостоятельно выполнить все приведенные выше расчеты, а их четыре в одном блоке. Каким образом это можно реализовать'? Лабораторная работа № 4 АНАЛИЗ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ Теоретическая часть ДВС эксплуатируются на неустановившихся режимах работы в ши- роком диапазоне частоты вращения коленчатого вала, при этом угловая скорость и момент на валу двигателя непрерывно изменяются во времени.
Переходные процессы, возникающие в цилиндре ДВС во время эксплуатационных режимов работы, в частности тракторных дизелей (трогание трактора с заглублением плуга, с прицепом, переключение передач), являются наиболее неблагоприятными для деталей ЦПГ. Непрерывное чередование циклов, в течение каждого из которых из- меняются в широких пределах давление и температура газов в цилиндре, скорость перемещения поршня и активная поверхность теплообмена, создает чрезвычайно сложные условия нагружения поршня. Для тракторных дизелей с КС в поршне характерны наибольшие ско- рости изменения температуры при набросе и сбросе нагрузки (5 'С/с), а также наибольшие значения температурных градиентов (3...7 'С/мм) 13, 5, 61. Термические (термоусталостные) разрушения обусловлены воздействием тепловых нагрузок.
Та- кие разрушения могут присутствовать в виде трещин на кромке КС. Наличие даже небольшой трещины Рис. 4.1. Расположение трещин в кромке на кромке КС может стать причи- КС поршня тракторного дизеля ной разрушения поршня вследствие ее дальнейшего роста. К основным причинам образования трещин на кромке КС относятся: ° переменные напряжения, вызываемые воздействием переменного давления газов в цилиндре в течение рабочего цикла; 33 ° низкочастотные колебания температуры поршня, связанные со сменой режимов работы двигателя; ° высокочастотные циклические термические колебания, обуслов- ленные изменением температуры материала в поверхностном слое камеры сгорания в течение каждого рабочего цикла.
Величина напряжений в кромке КС, вызванная температурными гра- диентами, превосходит напряжения, вызванные силами давления газов в цилиндре. Максимальные значения напряжений от воздействия темпера- туры и силы давления газов отстоят друг от друга на несколько градусов поворота коленчатого вала (5...20 'пкв). Это объясняется протеканием зависимости характеристики тепловыделения дХ/Игр= ~(р,'пкв), которая показана на диаграмме, характерной для четырехтактного ДВС (рис. 4.2). Экстремумы зависимостей давления газов Р, = ~(д,'пкв) и температуры Т = ~(р,'пкв) также не совпадают. Температура рабочего тела возрастает в процессе сгорания и достигает максимального значения после момента достижения максимального давления. т,к Рк, МПа 0 1 ~0 3б0 540 (~ опкв Рис.
4.2. Типичные диаграммы изменения давления сгорания Р., и температуры Т в цилиндре 4-тактного ДВС Практическая часть В связи с вышесказанным целью данной лабораторной работы является оценка уровня напряжений, возникающих в поршне при нестационарном тепловом нагружении. В качестве модели поршня используем ранее использованную модель (см. лаб. работу № 3). 34 Начинаем с выбора переходного процесса, который мы хотим проанализировать. Пусть это будет переходный тепловой процесс поршня, соответствующий сбросу нагрузки двигателя.
В окно проекта следует добавить новый блок, который будет представлять расчет напряженного состояния поршня при действии тепловой нагрузки. Для осуществления этого выполняем команду: ЛКМ на пункт Яо»и»»оп из переходного процесса (сброс нагрузки) — ПКМ вЂ” »гапфег Ва1а»о Феи — Яанус Яг»»с»ига»'. После выполнения этой команды главное окно проекта будет выглядеть аналогично рис. 4.3. 6, 1 1 ° З;ф, 6е»с»»Ы~~'с: -- ': ' . '.~"-:;,; — — -е з ':.,Щ~.'.асареот»' ее ',.ф Ирсй' ""' ' "' ' ' .: ес.„' — — %е ~ф МрМ ',, Р о 4~ оасчр ' . '-М о,»рааа1 5Есчр "е.:.
--' ',,", ' добааляеыый ~Х.:, ,Рексе Сброс еасртас1 ':: „......,—.............„-......., „.. ' расчет ТНДС блок рожаете Рис. 4.3 Схема проекта Выполнив команду ое»ир-Ей», переходим в модуль редактирования исходных данных для расчета. Здесь приведем некоторые результаты, которые должны быть получены в третьей лабораторной работе при самостоятельном ее выполнении. Эти результаты помогут понять связь между этими блоками. Во-первых, стоит отметить, что предварительный расчет поля температур поршня при переходном процессе был разбит на несколько шагов, а именно на три. Это связано с тем, что охлаждение поршня при переходе с номинального режима работы двигателя на холостой происходит с различной скоростью. Первые 10...15 с поршень остывает достаточно интенсивно (3...7 "С!с).
Затем скорость падения температуры изменяется менее су- 35 щественно, а спустя 45...бО с становится совсем незначительной. Это свидетельствует о том, что поршень приближается к стационарному теплово- му состоянию. В данном случае было принято, что весь расчет занимает 90 с. При этом на первом шаге расчет производится с дискретностью 1 с, на втором— 5 с и на третьем — 15 с (рис. 4.4). первый шаг второй шаг третий шаг Рис. 4.4.
Настройки решателя переходного процесса Изменение теплового состояния поршня при этом происходит подобно рис. 4.5. вр Щ Теотреуа3мре - Ги|ОЬО$ МО31отмто Й Щ ТеотреуаЕОТе - 6!ОЬа! Маи1отмв Рис. 4.5. Изменение теплового состояния поршня в некоторых его точках Зб И Ь О1а р,'3 ,ЯЕРСЕПППЬ,СИИИЕП151ЕРИВПЬВ 12. ИивЬе Оийви '3.
':ЕмрЕпоувв,ЗО е сиеимерипмв '1. ',Аииа типе оиеррщ '*Оп итартпИТ~ е,1р.и ,";, 'а ' Т" С' уО"' Ти 51Ер '" ":,О11 1иав~уве51 11 ' " " " "" 1пвмуийвзоиер тоги вв ве р МввиаТвеииер 1 и ' ' ' ' М~пвпвТ~веоиер 5,и Мвввуоиие ииер Л, 'УМаерввв Твв 51ер '5. и 11ве Вврвеп О Типе 1пИеуиаиив Топ Шаг"-1 с Шаг=бс Шаг= об с ИивЬеи Ои вери 13 Спииев Мер ИпвЬв, 3 51ерЕпдТве ~ЭО.и 'АпВ 1иее Яеррвр Оп 'ОейпеВу "' " " ''Ттве Сапу О ив 1~ее 51ер 1ОР тпивИвяоиер '15.и ММивпв Твв Мер, 15, и ~ Маивпв Т~ве 51ер ~15.
и После выполнения расчета мы получим 18 расчетных точек, отличаю- шихся тепловым состоянием модели поршня. Для каждого такого состояния нам необходимо рассчитать напряженное состояние. В данном случае нашей целью является получение 18 напряженных состояний поршня, проанали- ' $1ер Епд айве ' 30. з зировав которые мы сможем оценить изменение напряжений в поршне при переходном процессе. Для того чтобы выполнить 18 расчетных шагов анализа, необходимо настроить опции расчета. Для этого выбираем Ала1уяю Бентцле и устанавливаем общее количество расчетных шагов, равное 18.
После этого заполним временные интервалы для каждого шага. В результате получим таблицу, приведенную на рис. 4.6. Для того чтобы связать расчет напряжений с тепловым состоянием, необходимо выполнить следующую команду: 1трог~ей 1.оаэи — ПКМ вЂ” 1тег1— Войу гетрега1иге. Отметим, что папка 1троПей 1,оаэи появилась, поскольку мы Рис.
4.6. Настройка опций решаемой задачи в самом начале создания структурного анализа использовали результаты теплового расчета (см. рис. 4.3). Добавляем 18 различных начальных температур, которые позволят проанализировать 18 различных напряженных состояний. После того как были добавлены все 18 расчетных тепловых состояний, необходимо связать их с 18 расчетными шагами структурной задачи. Организацию такой связи рассмотрим на примере первого шага. В папке 1трог~ед 1.оаэи выбираем первую строчку. Эта строчка представляет связь с тепловым состоянием поршня на первой секунде. В столбце Асй~е 37 должна быть установлена галочка только напротив первого шага. В противном случаем тепловые условия с различных шагов могут наложиться друг на друга, что приведет к неверным результатам расчета. При импорте нагрузок первого шага необходимо указать ту часть модели, для которой необходимо импортировать результаты. В нашем случае эта вся модель, поэтому в окне беопдепу указываем весь объем Рис.
4.7. Связь расчетного шага с тепловым состоянием поршня соеСьр 51 Воду ТеврегаС Воду ТеврегаСьге Воду ТеврваСв Воду !евра; аС Воду ТеврегаЬуе Воду ТеврваСьге Воду Тевре аСьге Воду Теврегар ае Воду ТеврегаСьге Воду Теврегауьге Воду Теврегаоее Воду Теврв ао ге Воду ТеврегаЬее Воду ТворегаСоге Воду ТеврегаСоге Воду ТеврегаСоге Воду ТевгрегаСоге Воду ТеврегаСоге Воду ТеврегаЬае Воду ТеврегаСьге ~,. обновпение ИМПОРТИРУЕМОЙ НЗГРУЗКИ 10 11 !2 15 са 15 !6 17 15 19 2О Рис.
4.8. Обновление импортируемых нагрузок 38 Н 1-е1 1врогСед соад ,.-.4 !врогсед „,..4 1врогСед " „у~4 1врогСед „г 3!врвСед -4 1врогСед в-4 1ерогСед В 1врогСед -4 1врогоед р — 4 1врогСед Ф !ЬрогСед '-' -4 1врагСед -4 1врогоед :" -4 1врог Сед .,::-4 1врогСед 2-4!врогоед у'г4 1врогСед -4 1врогСед ;"'-4 1врогСед ,'-4 1врагСед 4*-4 1вронед поршня. Выполнив все указанные операции, получаем таблицу, указанную на рис. 4.7. Для оставшихся 17 расчетных шагов выполняем аналогичные процедуры.
После заполнения всей таблицы им- портированных нагрузок приступаем к настройке результатов. Для вывода расчетных результатов напряженного состояния выполняем команду Бо1и!!оп — 1тег1 — 5йетю рго1се — Роту Миею, одновременно указав ин- тересующие нас точки. После этого выполняем стандартную команду 5о1те. Расчет задачи начинается с обновления импортируемых нагрузок для каждого расчетного шага (рис. 4.8). Выполнив расчет, приступаем к анализу полученных данных.
Укажем ЛКМ в дереве выполнения задачи на значок Жгем ргоЬе. После этого в графическом окне отобразится график изменения напряжений указанного объекта с течением времени, то есть в зависимости от теплового состояния поршня. На рис. 4.9 приведен один из таких графиков для точки соприкосновения бобышки и поршня. 20,6в7 ' „"" Рис. 4.9. График изменения напряженного состояния указанного объекта По оси абсцисс указаны значение расчетного шага (темная полоска) и расчетное время, измеряемое в секундах. По оси ординат дано значение эквивалентного напряжения, МПа.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
