8 лр (1095729)
Текст из файла
5. Каким образом провести расчет эквивалентных напряжений фон Мизеса, используя компоненты тензора напряжений и главные напряжения? 6. В каких целях используют кривую 5У? 7. Какой физический смысл несет эпюра г.1~е? 8. Какой физический смысл несет эпюра Латаде? 9. В чем состоит физический смысл эпюры Яа~е~у Гас~ог? 10. Какой физический смысл несет эпюра В1ах1а1йу1пйсабо~г? 11. Опишите назначение эпюры Еа~гдие яепяйпгу. 12. Какой физический смысл несет матрица КатЯогг? 13. Опишите назначение матрицы Вагггаде.
14. Провести расчет долговечности детали КШМ на выбор. Проана- лизировать полученные данные, используя при этом различные методы для получения приведенных амплитуд цикла. Подготовить отчет по проделанной работе. Лабораторная работа Мо 8 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ШАТУННО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ С УЧЕТОМ НЕСКОЛЬКИХ ФАКТОРОВ НАГРУЖЕНИЯ Теоретическая часть Высокий уровень форсирования современных дизелей значительно повышает тепловые и механические нагрузки, действующие на поршневую группу и кривошипно-шатунный механизм. При создании современных конкурентоспособных двигателей перед конструкторами стоит ряд трудно- совместимых задач: ° повышение прочностных показателей деталей поршневой группы и КШМ; ° снижение массовых показателей этих деталей; ° обеспечение этих показателей не должно приводить к существен- ному увеличению производственных затрат. Решение данной задачи возможно с использованием средств автома- тизированного проектирования, позволяющих значительно повысить точ- ность прочностного и температурного анализа на основе использования расчетных комплексов, реализующих метод конечных элементов.
Значи- тельное повышение точности расчетов связано с возможностью моделиро- 74 вания всех факторов нагружения и создания расчетных моделей, включающих несколько деталей, взаимодействующих друг с другом. Достоверность получаемых результатов позволяет снизить принимаемые запасы прочности до 1,5 и ниже для таких ответственных деталей, как поршень и детали КШМ.
Анализ характерных ошибок, допускаемых при использовании метода конечных элементов Однако использование даже такого точного инструмента не гарантирует от возникновения ошибок, связанных со следующим рядом при- чин: ° включение в трехмерную модель, предназначенную для передачи в среду конечно-элементного анализа, конструктивных элементов (фасок, скруглений и т.п.), размер которых на три и более порядков меньше основных размеров детали.
Такая точность может привести к появлению вырож- денных или вытянутых конечных элементов, что, в свою очередь, приведет к появлению расчетных узловых напряжений, уровень которых на порядок выше действительных. Избежать этого можно исключением из модели таких конструктивных элементов, если они не находятся в наиболее нагруженной зоне, в противном случае необходимо сгущение сетки, чтобы размеры ребер конечного элемента были или меньше, или приблизительно равны размерам таких конструктивных элементов; ° задание кинематических граничных условий (КГУ), лишь формально обеспечивающих протекание расчетного процесса, но не обеспечивающих физически реального деформирования деталей; ° моделирование условий контакта кинематически связанных деталей (поршень — палец, палец — шатун, шатун — втулка — палец и т.д.) с помощью распределенной нагрузки и КГУ; ° приближенность определения граничных условий теплообмена, силовых и динамических факторов нагружения.
Практическая часть Рассмотрим расчет поршневой группы дизеля, включающей поршень, палец, втулку поршневой головки и саму поршневую головку шатуна. Модель такой сборки построена в системе трехмерного моделирования ЛоЫЮоМ. Связь геометрии между программами можно осуществить, используя встроенное меню. Для того чтобы в Яойгг' И'оЫз появилось меню Апвуз, необходимо выполнить команду Настройки — приложения (рис. 8.1).
75 ~~о:!~ 1 Настройки ! , 'Настроить... запуск Апзув из меню Зо!ЫИогйз ф'- ~ »а!в!»Ьепсь ц!1з ~ навес Бе!ес6ос масадо~ ф ! ~Фвкьессь Не!р Ьва ! Аьои! юв!»ьессь веовеау !с!ефесе Настройка мвао Для переноса геометрии в Иеидп Мойе1ег Атум И'огЮепей необходимо выполнить команду Апвув — ЮоМЬепсй, находящуюся в появившемся меню. При этом автоматически запустится Апвув ИогИЬепе1!, в котором будет уже создан проект с файлом геометрии. При этом стоит отметить, что иконка файла геометрии имеет иконку, свойственную файлам Яо1ЫЖогЕа, что визуально показывает связь программы с САП пакетом Бо1Ы%ог1са.
Ввиду симметричности рассматриваемой модели будем рассматривать только одну четверть поршневой сборки. Конечно-элементная модель представлена на рис. 8.2. Анализ факторов нагружения, действуюших на поршневую группу Поршень — наиболее нагруженная деталь КШМ. Его напряженное состояние обусловлено Рис. 8.2. Конечно- элементная модель поршневой группы следующими видами нагружения: 76 Рис.
8.1. Настройка связи между программами Апяуа и Бо1Ы%ог1са ° тепловое воздействие со стороны рабочего тела и охлаждающих контуров вызывает появление высоких температурных градиентов в области днища, кромки камеры сгорания !КС), межкольцевых перемычек и соответственно локальных зон с высокой концентрацией напряжений. Особенно опасно нестационарное температурное воздействие, обусловленное работой двигателя на переходных режимах, характерных для тракторных и автомобильных двигателей, а также высокочастотные тепловые нагрузки, возникающие при протекании рабочего процесса.
Как показывают результаты экспериментальных и расчетных исследований, уровень напряжений, возникающих в днище, кромке КС поршня, кольцевых перемычках и дру- гих концентраторах на неустановившихся режимах, в несколько раз превосходит уровень напряжений на стационарных режимах. Образующиеся при этом локальные циклически повторяющиеся пластические деформации приводят к появлению и росту трещин в результате малоцикловой ус- талости материала поршня; ° повышение частоты вращения современных автомобильных дизелей приводит к увеличению гидродинамического воздействия масляной пленки на юбку поршня, достигающего 3 — 5 МПа.
В облегченных конструкциях поршней с толщиной стенок юбки < 2,5 мм при частоте вращения > 3000 мин' в результате деформации юбки могут возникать локальные напряжения, сопоставимые с пределом усталости некоторых поршневых сплавов, вызывающие усталостные разрушения в зоне бобышек; ° высокие значения максимального давления рабочего цикла Р, при увеличении частоты вращения приводят к необходимости более точного анализа НДС бобышек, в основном воспринимающих эти нагрузки. Выбор расчетной схемы и видов нагружения При построении расчетной модели необходимо учитывать, что заданный уровень форсирования дизеля может достигать Р, = 1б МПа и частоты вращения коленчатого вала 2400 мин .
-! Использование в модели поршневой головки шатуна позволяет перенести на нее КГУ закрепления. Ввод контактных элементов на сопрягаемых поверхностях деталей позволит учесть их взаимное влияние при деформировании под действием приложенной нагрузки. В расчете будем учитывать следующие факторы нагружения: ° температурное поле на режиме номинальной мощности Т„„„; ° газовые силы Р,; ° силы инерции Р,. 77 Практическая часть Поскольку результаты расчета должны содержать и температурные, и механические составляющие напряжений, то целесообразно в проект Апюую 'РрогКЬепсЬ включить блок теплового и структурного расчета (рис. 8.3). Я «6'' .2 'Ф Еод!Яе«!одра!а ГВОМ9ТРИЯ 5 222' до!оаоо '6:Е2 Ром!о ~ — -«2!ЕЕ-'ердаеее~ьдЕема'.:,, ' " Ф" е -«а 'ф Ее!ар Оо $ -«Р22 Еовдоо Ф 6 'а! Рееоде :2 Расчет напряжений р без учета сил инерции ! 2,.Щ деоееЬу расчет теплового состояния на номинальном режиме 2 2 !ф ерд!Яе«дод22666 'Ф д:«!6 Ее!од Б,.да ЕРМюо 6 .ф Рееооое а Расчет напряжений с учетом сил инерции Рис.
8.3. Общий вид проекта и связь между отдельными блоками 78 Расчет теплового состояния поршня (блок А, см. рис. 8.3) на режиме номинальной мощности выполняется по методике, описанной в лабораторной работе № 2. В качестве материалов задаем следующие: поршень— алюминиевый сплав; палец — сталь; втулка — медь; шатун — чугун. Все эти материалы имеются в встроенной библиотеке РрогКЬепсЬ. На результатах расчета теплового состояния поршня останавливаться не будем. Но прежде чем переходить к расчету поршневой группы, желательно самостоятельно оценить уровень напряжений, который вызван лишь тепловым нагружением поршня.
Это будет полезно для понимания того, какой вклад вносят тепловые нагрузки в напряженное состояние деталей КШМ. Блок С и 2.2 (рис. 8.3) отличаются между собой только наличием силы инерции, поэтому более детально остановимся только на блоке 22. Импортирование тепловых нагрузок произведем по аналогии с лабораторной работой № 4, используя команду 1трог~ Лоае2е. Для задания нагрузок от воздействия давления газов используем схему, приведенную на рис. 8.4. Необходимо помнить о том, что мы рас- сматриваем четверть поршня, поэтому максимальное давление нужно уменьшить в 4 раза, то есть р, = р.!4=16/4=4 МПа. При этом давление на боковой поверхности будет иметь следующие значения: р = 4 МПа; р~ = 3 МПа; р2 = 1 МПа; рз = 0,8 МПа; р4 = 0,6 МПа и р5 = 0,4 МПа.
ро, Рис. 8.4. Условная схема распределения давления газов на поверхности поршня Силы инерции, действующие в КШМ, принято разделять на силы инерции поступательно движущихся масс и силы инерции вращающихся масс. Поскольку наша модель относится большей частью к верхней головке шатуна, которая совершает возвратно-поступательное движение, будем рассматривать только силы инерции поступательно движущихся масс. Рассчитать величину этих сил можно с помощью формулы Р,. = — т,.~' = — т,.йгн'(сояр+ Я сов 2р), (8.1) где т, — масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, кг; ~' — ускорение поршня, м/с; 11 — радиус кривошипа, м; И вЂ” угловая 2.
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}
