8 лр (1095729), страница 2
Текст из файла (страница 2)
скорость вращения (ю = г и! 30), рад/с, где п — частота вращения колен- -1. чатого вала, мин ; Д вЂ” угол отклонения кривошипа от оси цилиндра, град.; Я = А! Е„, — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. 79 Массу деталей с учетом заданных свойств можно определить в окне Ргорег((ез (рис. 8.5) как для всей сборки, так и для каждого компонента по отдельности. Что касается самой величины сил инерции, то из (8.1) видно, что она зависит от геометрических параметров двигателя и режима его работы. Будем рассматривать максимальную величину сил инерции, соответствующую режиму работы двигателя на номинальном режиме.
Рис. 8.5. Определение массы сборки В общем случае мы можем реализовать задание сил инерции двумя способами: ° уменьшить силу давления газов на величину сил инерции, так как силы инерции направлены в противоположную сторону ускорению поршня, о чем свидетельствует знак «-» в выражении (8.1); ° задать ускорение поршня для всей модели.
Оставим первый способ для самостоятельного рассмотрения и зададим ускорение модели, рассчитав его по формуле, м!с: 2. ~.„„= Ла)'(1+ я) = ооб1(З14 г400!З0)'(1+0З) = 5000 . (8.г) Задание силы инерции с помощью ускорения выполняется командой Яа((С БОГИС(иГа1 — ПКМ вЂ” 1ПКЕГ( — АССЕ1ЕГа((ОП (.4()1 Ассе~агаве ). В ПОяВИВШЕМСя окне указываем направление действия нагрузки и величину 5000 м/с~. После задания давления на поверхности поршня запускаем задачу на выполнение. По результатам расчета необходимо построить поля напряжений, деформаций и перемещений. Удобно воспользоваться локальной системой координат, созданной в вершине камеры сгорания.
Ось х такой 80 ')я~ рсо)ес« сч Йм ы(ва,сз,оэ) ;;,(()) ЩЩЩЯЩ - а4$3 Поршень а«йа Паллся,Д$ Втулка „Д9 Шатун-2 % . ) Соонтша«е Вуо«ели ~в . Щ оупнъоь'у «в ' «()т соолесоол5 ~В ",41~ иеА ГВ «ф «оавео Ве1осоолс ,"й . Я Всеаду-В«асе Тьепиа! (В4) ~+З ~ В«айс В«кассисе((С4) «В .:1;~ В«авс В«тис«иса( я (О4) „~!~" Соаг« Ы Оейй!0$ъ ~ бои«се 1НЛР«о~еогИИУт несо(те( (МУЙасоЬ. 1 туре 1()еаоо(4одеЬ« ~ Сеид«Ь па~ ~ Мйте(е«с ', Е!еотеп( Сопй 1Р«оо«арт Сопко(е«( ~ ()«ар!ау о(у!е ~ Рая Со1о« Анализ результатов расчета Анализ результатов расчета должен быть проведен после любого расчета вне зависимости от того, какие цели преследовались. В общем случае анализ результатов расчета должен содержать: ° местоположение минимального и максимального значения температуры модели с обоснованием причин.
Необходимо приводить численные значения показателей температуры; ° оценку теплового нагружения — равномерное или неравномерное нагружение и чем это было вызвано; ° диапазоны изменения температур на характерных областях модели (например днище поршня); ° оценку максимального расширения, перемещения и деформации поршня в различных направлениях, поведение камеры сгорания (раскрытие, неравномерное искривление и т.д.); ° анализ поршневого пальца — изменение отверстия пальца, овализация, компоненты напряжений и эквивалентные напряжения в этом компоненте сборки; ° анализ поршневой головки шатуна — изменение отверстия под палец, величины перемещений и деформаций компоненты напряжений и эквивалентные напряжения в этом компоненте сборки. Подобным образом желательно провести анализ всех компонентов сборки, чтобы установить целостную картину напряженного состояния и выявить изъяны в конструкции, если таковые имеются.
Аналогичным образом проводится расчет с учетом только двух факторов нагружения (блок С, рис. 8.3). Для проведения прочностного расчета, то есть определения коэффициентов запаса прочности, необходимо провести расчет сборки для двух режимов работы двигателя. Это необходимо для определения максимального и минимального уровней напряжений, возникающих в деталях КШМ. Допустим, на режиме работы двигателя «А» детали имеют минимальный уровень напряжений, а максимальный на режиме — «Б».
В качестве примера граничные условия для этих режимов могут быть скомпонованы следующим образом (табл. 8.1). После того как будут получены результаты расчетов для двух режимов, рассчитывается запас прочности. Для этого используют модель уста- лостного разрушения при многокомпонентном напряженном состоянии и асимметричном цикле действующих напряжений. Значения тензора, глав- 82 ных и интенсивности напряжений для каждой конкретной расчетной точки представляют в виде таблицы.
В качестве примера представлена табл. 8.2. Таблица 8.1 Граничные условия для двух режимов работы Режим А Граничные условия Режим Б Температура, соответст- вующая режиму работы двигателя на номинальной Температура, соответствую- щая режиму работы двига- теля на холостом ходу Температура мощности Соответствует режиму рабо- ты двигателя на холостом Соответствует режиму работы двигателя на но- Максимальное давление сгорания ходу минальном режиме Величина сил соответствует Величина сил соответству- Силы инерции частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу ет частоте вращения вала на номинальной мощности Таблица 8.2 Напряженное состояние поршня на кромке камеры сгорания, МПа При определении запаса прочности по критериям усталостного раз- 83 рушения вначале рассчитывают амплитуды нормальных и касательных напряжений цикла нагружения, например, МПа, о- „, = (гг — о-,;„) /2 = (90,3 — 22,9) /2 = 33,7; О-,, = (О- — т,.„) /2 = (24,86 — ( — 116,25)) /2 = 70,555; = (гт,,„— гг,,„) /2 = (22,13 — 21,4) /2 = 0,365; = 1~.
„, „— г „,,„1/2 = (19,5 — 2,1) /2 = 8,7; = (г „-г,,„) /2 = ( — 0,05 — ( — 0,5)) /2 = 0,225; т,,„= (г,, „„„-г,,,„) /2 = (6,2 — ( — 0,2)) /2 = 3,2. Далее рассчитывают интенсивность амплитуд переменных напряжений цикла, МПа, О ~а / ~О ха О уа) Юуа 0 ла/ Шха 0 га) '7 хуа Ту~а 7 х~а' Для определения запаса прочности используется зависимость: 0 ~а + Ро- 0 1 1пах К ьо. а где о 1 — предел усталости материала; К~ — эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе; е — коэффициент, учитывающий масштабный эффект при изгибе; р — коэффициент, учитывающий состояние поверхности; ~т = о.1!ов — коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости при изгибе; ов — предел прочности материала; о, „— максимальное главное на- пряжение.
Предел усталости поршневых сплавов обычно отсутствует среди справочных данных по физико-механическим свойствам, так как его значение имеет большой разброс и в значительной степени зависит от скорости развития деформаций и природы циклического нагружения (температурное, механическое, термомеханическое). Поэтому для определения предела усталости может быть использована зависимость, полученная на основании обобщения опубликованных данных, а именно: д, = (0,45 — 0,0001о,2) о;1.
Вопросы для самопроверки и практические задания 1. Выполнить расчет КШМ проектируемого двигателя, предварительно согласовать задание с преподавателем. Составить отчет по проделанной работе. 2. Оценить уровень температурных напряжений. 3. Проанализировать величину механических напряжений от воздей- ствия сил давления газов. 4. Оценить суммарный уровень напряжений.
5. Напряжения, вызванные какими факторами, являются более значимыми? Почему? 6. Проанализировать результаты расчета КШМ с действием сил инерции и без них. 84 7. Какие режимы работы двигателя используются при оценке коэффициентов запасов прочности КШМ? 8.
По каким зависимостям определяется запас прочности деталей КШМ? 9. Предложите конструктивные мероприятия по снижению! увели- чению рассчитанных запасов прочности. 10. Может ли расчетчик получить на этапе проектирования данные теплового состояния двигателя для использования их в качестве ГУ при расчете деталей ЦПГ? 11. Чем различаются температурное, механическое и термомеханическое нагружения? 12. Какие еще виды нагружения испытывают элементы двигателя в реальных условиях эксплуатации? Лабораторная работа № 9 ЗАДАЧА ОПТИМИЗАЦИИ Теоретическая часть Прежде чем рассматривать практическую часть оптимизационной задачи остановимся на ее предпосылках: ° во-первых, выполнение оптимизационной задачи позволяет узнать о поведении детали в условиях изменения нагрузки намного больше, чем это дает один расчет; ° во-вторых, выполнение оптимизационной задачи позволяет установить чувствительность конструкции к внешним воздействиям; ° в-третьих, это возможность уменьшения массово-габаритных показателей детали с вытекающей экономической, а в некоторых случаях и технологической эффективностью.
В программной среде Апик У~огКЬепсБ оптимизация моделей проводится в модуле ВеядпХР1огег. ОезгдпХр1огег" основан на методе планирования эксперимента. Цель планирования эксперимента — достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов. Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др.
85 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
