Диссертация (1173118), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Построение геометрической модели и разбивка ее на конечные элементы;2. Установка граничных условий и выбор метода расчета;3. Анализ полученных результатов.Первый блок получил название препроцессинг, второй блок – решатель, атретий блок – постпроцессинг.Каждый из блоков состоит из нескольких этапов, которые показаны в табл.2.1.Таблица 2.1 – Содержание элементов структуры расчета напряженнодеформированного состоянияСодержаниеНомерОбщее (для проведения конечно-Конкретное (для бачка радиа-блокаэлементных расчетов любых вос-тора после его восстановле-становленных деталей)ния)Определение типа задачи (линееч-Линейнаяная – нелинейная)Блок №1Определение типа конечного эле-ГексаэдральныементаВвод в программу всего комплексаМодуль упругости, коэффи-требуемых свойствциент ПуассонаPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com74Построение геометрической моделиРазбивка модели на конечные эле-305 648 штментыБлок 2Установка граничных условийЖесткая заделкаВыбор процедуры анализаАлгоритм представлен нарис.
2.3Решение системы уравненийБлок 3Графическое представление полученных результатовАнализ полученных результатовДля оценки прочности восстановленного радиатора применим критериймаксимальных напряжений (или максимальных перемещений), согласно которомуразрушение будет иметь место при условии, что напряжения (перемещения) в одном из направлений превысят предел прочности материала.Исходные данныеГраничные условия инагрузкаОпределение значенийперемещений e инапряжений sНетe £ eзадДаКонецРисунок 2.3 – Алгоритм расчета НДС восстановленного радиатораPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com75Первый блок (построение конечно-элементной модели) (см.
рис. 2.1) фактически представляет собой набор координат x, y, z. При выполнении двух процедур, входящих в 1 блок (установка свойств материалов и граничных условий) будутполностьюопределенывсезакономерностиперемещенияконечно-элементных узлов относительно друг друга.Для создания электронной модели в Ansys 18.2. была использована CADсистема, которая позволяет создавать одно-, двух- и трехмерные модели. Выборгеометрической модели зависит от поставленной задачи. Для расчета НДС отремонтированного узла была выбрана трехмерная модель, поскольку она позволялапоказать геометрию трещины.В работе была проведена разбивка на 305 648 конечных элементов, что позволило выполнить расчеты в течение 20 мин.
После завершения построения КЭмодели, ее элементам присваивались свойства тех или иных материалов, что позволяло варьировать используемые ремонтные технологии (пайка, сварка, клеевыетехнологии).2.3. Моделирование нагрузок, действующих на элементы системыохлаждения дорожно-строительных машин в процессе их эксплуатацииНагрузки, воздействующие на элементы системы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин в процессе их эксплуатации подразделяются на постоянные и переменные (иногда их называют временные).К переменным нагрузкам относятся вибрационные нагрузки, возникающиев процессе движения и(или) работы дорожно-строительных машин.
Под действием даже непродолжительной по времени вибрации, в радиаторе может иметь место возникновение мелких трещин, что приведет к утечкам. Даже небольшиеутечки будут приводить к понижению уровня охлаждающей жидкости. Мелкиетрещины и, соответственно, незначительные утечки, оказываются в ряде случаевболее опасными, чем крупные. Это связано с тем, что из-за быстрого испаренияPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com76жидкости утечку сложно определить.
Множество мелких трещин с течением времени сливаются в одну магистральную, скорость распространения которой существенно выше. В результате такая трещина распространяется через весь бачок.К переменным нагрузкам также относятся всевозможные виды деформацийрадиатора, приводящие к возникновению трещин. Радиаторы чаще всего устанавливаются в передней части машины, где наиболее благоприятные условия для обдува охлаждающим воздухом.
Но при повреждении передней части машины, происходит повреждение радиатора, что приводит к его деформации и нарушениюгерметичности.Еще одним видом переменных нагрузок является перегрев двигателя. Повышение температуры приводит к интенсивному кипению и испарению охлаждающей жидкости и, как только жидкость из системы полностью испаряется, тоохлаждение прекращается и температура двигателя очень быстро возрастает. Приперегреве двигателя происходит изменение свойств металла и его расширение.Детали при этом начинают деформироваться, изменяются их исходные геометрические размеры, что приводит к их заклиниванию и, в конечном счете, работадвигателя без дорогостоящего ремонта становится невозможной.К постоянным нагрузкам относят давление, которое в системе охлажденияне создается специально, а является результатом расширения (увеличения объема)охлаждающей жидкости в процессе нагрева.
На рис. 2.4 приведено распределениедавления внутри радиатора, на рис. 2.5 показана модель бачка радиатора с трещиной до (рис. 2.5, а) и после (рис. 2.5, б) ее устранения.В данной работе рассматривается модель радиатора с трещиной, образовавшейся у горловины (см. рис.2.5, а). Размер трещины составляет: толщина – 1мм, длина трещины – 30 мм.Давление внутри системы охлаждения выбранного объекта исследованияварьируется в диапазоне от 1,2 до 2 атмосфер, как исключение, оно может составлять 2,2 атм. Такой разброс величин давлений связан с особенностями конструкции двигателя, теплофизическими свойствами жидкости, которая в него добавляется и температурными условиями его работы.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com77Рисунок 2.4 – Распределение давление внутри бачка радиатораа)б)Рисунок 2.5 – Модель бачка радиатора до (а) и после (б) заделки трещиныPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com78Для удаления лишнего давления из системы существует специальная крышка-клапан, с помощью которой проводят контроль величины давления внутривсех шлангов и патрубков.
При увеличении давления крышка-клапан открываетсяи сбрасывает лишнее давление, и, наоборот, при остывании машины образуетсяразряженная атмосфера внутри системы, поэтому клапан открывается и подаетнужный воздух для нормализации.В данной работе, при проведении расчетов, температура бачка принималасьравной 90°С, а давление, действующее внутри бачка – 1,2 атм.Для упрощения модели, расчет для бачка радиатора осуществлялся без учета нагрузок от трубок радиатора. Учет нагрузок от трубок передавался только спомощью учета их массы. В качестве нагрузок рассматривалось температурноенагружение и давление, действующее внутри бачка радиатора. Масса антифризавнутри бачка и трубок радиатора не учитывалась, ввиду его несущественноговлияния на распределение напряжений.Для оценки качества ремонта элементов системы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин, были проведены сравнительные расчеты напряженно-деформационного состояния с использованием методов конечно-элементногомоделирования.
Для сравнения были выбраны методы ремонта элементов системы охлаждения двигателя традиционными способами (такими как сварка и пайка)и с использованием полимерных материалов.Расчеты были проведены для:- радиатора без трещины (рис.2.6, синим цветом выделены расчетные детали);- радиатора с трещиной в месте наибольших напряжений;- радиатора с трещиной, восстановленной методом пайки;- радиатора с трещиной, восстановленной методом сварки;- радиатора с трещиной, восстановленной с использованием полимерныхматериалов.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com79Рисунок 2.6 – Модель радиатора без поврежденийРадиаторы системы охлаждения преимущественно изготавливаются изалюминиевых сплавов. Поэтому для проведения расчетов в данной работе использовался сплав Д16. Механические свойства данного материала, в соответствии с ГОСТ 4784-97 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые.
Марки» [33] представлены в таблице 2.2, где: T – температура, при которой полученыданные свойства, [°С]; E – модуль упругости первого рода, [МПа]; α – коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20° - T), [1/ °С]; λ – коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·°С)]; ρ – плотностьматериала, [кг/м³]; C – удельная теплоемкость материала (диапазон 200°- T ),[Дж/(кг·°С)].Свойства всех используемых в расчетах материалов, при восстановлениирадиаторов методами сварки и пайки приведены в табл. 2.2: это припой, наиболеечасто применяемый при ремонте деталей из алюминиевых сплавов – ПОС-60, иэлектрод на основе сплава ЛК80-3.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com80Таблица 2.2 – Свойства материалов, используемых при конечно-элементныхрасчетахТ, °СE 10-5,α·106,λ,ρ,С,МПа1/ oСВт/(м·oС)кг/м3Дж/(кг·oС)Материал радиатора Д 16200,72--2770-100-22,9130-0,922Припой ПОС-60200,5522,465,885002261000,4822,4--268Электрод из сплава ЛК80-3201,04-87,98200-100-17--401,9Свойства полимеров, используемых при восстановлении радиатора поклеевой технологии, приведены в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
