Главная » 2014 » Август » 30 » Скачать Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания. Глинкин, Сергей Александрович бесплатно
9:30 AM
Скачать Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания. Глинкин, Сергей Александрович бесплатно
Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания
Диссертация
Автор: Глинкин, Сергей Александрович
Название: Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания
Справка: Глинкин, Сергей Александрович. Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания : диссертация кандидата технических наук : 05.02.02, 05.04.02 / Глинкин Сергей Александрович; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т] - Владимир, 2010 - Количество страниц: 174 с. ил. Владимир, 2010 174 c. :
Объем: 174 стр.
Информация: Владимир, 2010
Содержание:
Условные обозначения
Введение
Глава 1 Обзор методик оценки долговечности поршней и задачи дальнейших исследований
11 Условия нагружения поршней и причины образования трещин в кромке камеры сгорания
12 Методы повышения термостойкости поршней
13 Критерии разрушения теплонапряженных деталей и обзор методик оценки долговечности поршней
14 Обзор моделей усталостного роста трещин
15 Тепловые стенды для исследования теплового и напряженно-деформированного состояния поршней
Выводы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2 Методика прогнозирования долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания
21 Определение исходных данных для расчета
22 Решение задачи нестационарной теплопроводности
23 Определение теплового напряженно-деформированного состояния поршня
24 Оценка усталостной долговечности
25 Методика прогнозирования долговечности при наличии трещины
251 Моделирование развития трещины в круглой пластинке с центральным отверстием
252 Определение коэффициента интенсивности напряжений для трещины в кромке камеры сгорания поршня
253 Построение модели коэффициента интенсивности напряжений
254 Определение критической длины трещины
255 Расчетная оценка долговечности при наличии трещины
Выводы по главе
ГЛАВА 3Численная реализация методики прогнозирования долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания
31 Характеристики расчетных моделей поршней
32 Определение нестационарных тепловых нагрузок на поверхности поршня
33 Результаты расчета теплового состояния поршня
34 Анализ теплового напряженно-деформированного состояния поршня
35 Оценка усталостной долговечности поршня
36 Результаты расчета остаточного ресурса поршней
Выводы по главе
ГЛАВА 4 Экспериментальное исследование термостойкости поршней при циклическом нагружении
41 Объекты исследований
42 Цели и задачи исследований
43 Программа и методика проведения исследований
431 Программа исследований
432 Методика проведения исследований
44 Измерительная аппаратура
45 Безмоторный тепловой стенд
46 Регистрация усталостных трещин
47 Оценка погрешности экспериментальных исследований
48 Результаты экспериментальных исследований и их анализ
49 Проверка предлагаемой методики по результатам эксперимента
410 Анализ результатов моторного эксперимента
Выводы по результатам экспериментальной работы
Выводы
Введение:
Актуальность исследования. Настоящий этап развития ДВС характеризуется высокими темпами роста их удельных показателей, например, литровой и поршневой мощностей, что приводит к существенному возрастанию тепловой и механической нагруженности деталей, образующих КС (поршень, гильза, головка цилиндров и т.д.). Теплонапряженные детали двигателя имеют, как правило, сложную геометрическую форму, а их отдельные элементы находятся в тепловом, силовом и кинематическом взаимодействии. При проектировании, расчете и доводке двигателя необходим более полный и точный учет всех величин, определяющих надежность и ресурс. На неустановившихся режимах, характерных для эксплуатации большинства современных двигателей, напряженность поршня меняется во времени, что приводит к появлению усталостных трещин в кромке его КС. В первую очередь это относится к КС полуоткрытого типа. Появление трещины и рост ее до критической длины часто приводит к разрушению кромки КС. Это обстоятельство вызывает необходимость уточнения существующих методик расчета остаточного ресурса, а также разработки новых, с учетом возможности прогнозирования долговечности при наличии трещин. В связи с этим, исследование скорости развития трещины и разработка расчетно-экспериментальной методики, позволяющей прогнозировать долговечность при наличии трещины в кромке КС поршней ДВС, является актуальной задачей.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики расчета долговечности поршней при наличии трещины в кромке КС на основе проведения расчетно-экспериментальных исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
• исследовать влияние геометрических размеров КС на долговечность поршня на основании результатов расчетных исследований;
• провести численную оценку влияния перепада температуры (на поверхности поршня), давления газов, толщины сечения и длины трещины на КИН, а также разработать на основе полученных экспериментальных и расчетных данных математическую модель КИН;
• создать БТС для проверки адекватности расчетных результатов и провести ускоренные испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения;
• выявить, сформулировать и описать закономерности изменения скоростей развития усталостных трещин в зависимости от эксплуатационных и конструктивных факторов;
• разработать расчетно-экспериментальную методику прогнозирования долговечности поршня при наличии трещины в кромке КС.
Методы исследований. Поставленная в работе цель достигалась с помощью МКЭ, компьютерного моделирования и программ Pro/ENGINEER, SolidWorks/CosmosWorks, Ansys Mechanical, MATLAB, Statistica, Microsoft Visual Studio, а также результатов экспериментальных исследований. Экспериментальная часть работы заключалась в проверке соответствия результатов, полученных по разработанной методики, с экспериментальными данными, полученными на созданном БТС.
Научная новизна работы заключается в:
• предложенной комплексной методике прогнозирования термоусталостной долговечности, включающей расчет остаточного ресурса поршня с полуоткрытой КС при наличии трещин на поверхности кромки;
• выявленных закономерностях изменения вдоль фронта трещины полей напряжений и деформаций в зависимости от условий нагружения, а также длины трещины;
• разработанной математической модели КИН, учитывающей действие давления газов, температурного перепада, длины трещины и геометрических размеров поршня;
• разработанном методе определения критической длины трещины.
Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливается:
• применением уравнений механики твердого тела для анализа особенностей процессов усталостного разрушения;
• использованием сертифицированных средств измерений и оборудования, а также апробированных компьютерных программ;
• подтверждением расчетных результатов экспериментальными данными и совпадением численных решений с имеющимися данными других исследователей.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
• комплексная методика прогнозирования долговечности поршней, включающая расчет долговечности при наличии трещин на поверхности кромки КС;
• метод определения критической длины трещины;
• математическая модель КИН в поршне при действии перепада температур на поверхности КС и давлении газов.
Практическая ценность исследования заключается в том, что предложенная расчетно-экспериментальная методика позволяет прогнозировать усталостную долговечность поршней при наличии трещины и минимизировать отказы по усталостным разрушениям. Создан комплекс программ, позволяющий проводить расчеты КИН для конструкций поршней различной геометрической формы. Создан БТС, позволяющий проводить испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения.
Реализация работы. Полученные в работе результаты переданы в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод» и в ОАО АК «Туламашзавод» для применения при проектировании поршней, а также включены в учебный процесс для проведения занятий по курсу «Конструирование ДВС» на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки». БТС используется для проведения лабораторных занятий на той же кафедре.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались на: аспирантских семинарах кафедры ТДиЭУ ВлГУ в 2005, 2008 г.г., международных научно-технических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей» (Владимир, ВлГУ, 2005,2009 г.), «Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы» (Санкт-Петербург, 2009), Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009» (Москва, МА-МИ, 2009 г.), Ш-й Всеукраинской научно-технической конференции «Сучасш проблеми двигунобудування: стан, ще!, рииення» 21-22 травня 2009 року. Украина, Первомайськ, 2009; «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, ВлГУ, 2009).
Публикации. Результаты работы опубликованы в 9 печатных статьях, две из которых входят в перечень журналов, рекомендуемых ВАК РФ. Одна статья опубликована за рубежом.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и 4 приложений. Общий объем работы составляет 172 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 22 таблицы и приложение на 27 страницах. Список литературы включает 136 наименований работ отечественных и иностранных авторов.
