ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РАЗМЕРА КОНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ РАСЧЁТЕ ГОЛОВОК ПОРШНЕЙ
Аннотация
В настоящее время для определения напряжённо-деформированного состояния головок поршней судовых малооборотных дизелей на стадии проектирования широко используется метод конечных элементов как способ определения прочностных свойств детали. Известно, что размер конечного элемента влияет на результат расчёта. Анализ работ, посвящённых методу конечных элементов, показал, что выбор размера конечного элемента заключается в индивидуальном подборе размера. Однако остаётся неизвестным, насколько будут достоверными полученные данные. В данной работе выполнено экспериментальное обоснование выбора наиболее приемлемого размера конечного элемента при определении напряжённо-деформированного состояния на примере головки поршня судового малооборотного дизеля типа L35MC. Практически установлено, что в процессе воздействия на головку поршня с опёртым днищем судового малооборотного дизеля температурного поля происходит изменение формы рабочих поверхностей поршневых канавок. Определены значения деформаций поршневых канавок головки поршня. На основе эксперимента проведено моделирование напряжённо-деформированного состояния головки поршня с применением в качестве граничных условий параметров, соответствующих экспериментальным. Определено, что при разбиении модели возникает погрешность ε, допустимое значение которой составляет 10 %. Выведена закономерность в виде выражения, которое позволяет определить наиболее приемлемый размер конечного элемента для расчёта головок поршней с опёртым днищем. Установлено, что характер изменения формы верхней и нижней рабочих поверхностей поршневых канавок имеет форму конусообразности. Малая площадь контактирования рабочих поверхностей канавки и кольца вызвана опрокидывающим моментом в сечении кольца от действия рабочего давления, что вкупе с конусообразностью канавки от действия тепловых расширений приводит к значительным удельным давлениям как на контактирующую площадь канавки, так и кольца. Вследствие нарушения взаимного расположения контактирующих поверхностей канавки и кольца, они будут подвержены повышенному износу.
Ключевые слова
метод конечных элементов, головка поршня, судовой малооборотный дизель, погрешность дискретизации модели, конусообразность поршневых канавок, моделирование напряжённо-деформированного состояния, размер конечного элемента, поршень с опёртым днищем, опрокидывающий момент, изменение высоты канавки, тепловое расширение
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Орлин А. С. Двигатели внутреннего сгорания / А. С. Орлин [и др.]. - М.: Машгиз, 1957. - Т. 1: Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах. - 396 с.
Ваншейдт В. А. Конструирование и расчёты прочности судовых дизелей / В. А. Ваншейдт. - Л.: Судостроение, 1969. - 600 с.
Дьяченко Н. Х. Конструирование и расчёт двигателей внутреннего сгорания: учебник / Н. Х. Дьяченко, Б. А. Харитонов, В. М. Петров [и др.]; под ред. Н. Х. Дьяченко. - Л.: Машиностроение, 1979. - 392 с.
Овсянников М. К. Тепловая напряжённость судовых дизелей / М. К. Овсянников, Г. А. Давыдов. - Л.: Судостроение, 1975. - 260 с.
Танатар Д. Б. Дизели. Компоновка и расчёт / Д. Б. Танатар. - Л.: Морской транспорт, 1956. - 440 с.
Лагерев И. А. Влияние размера конечного элемента на точность статического расчета несущей металлоконструкции мостового крана / И. А. Лагерев // Наука и современность. - 2014. - № 32-2. - С. 36-40.
Лагерев И. А. Расчеты грузоподъемных машин методом конечных элементов: монография / И. А. Лагерев. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2013. - 116 с.
Петров М. В. Определение оптимального размера конечного элемента. [Электронный ресурс] / М. В. Петров. - Режим доступа: http://cae-cube.ru/opredeleniye-optimalnogo-razmera-konechnogo-elementa.html (дата обращения: 10.12.2016).
Лущин Л. П. Метод конечных элементов в задачах динамики свободных конструкций / Л. П. Лущин, А. В. Шаранюк // Учёные записки ЦАГИ. - 2000. - Т. 31. - № 3-4.
Земцова О. Г. Метод конечных элементов в современных иностранных книгах / О. Г. Земцова, А. И. Шеин, О. В. Волкова // Современные научные исследования и инновации. - 2015. - № 3-1 (47). - С. 129-132.
УР 31-452-648-84. Технические условия на ремонт (Дизели типа ДКРН 35/105).
Загайко С. А. Имитационное моделирование изнашивания поршневого кольца двигателя внутреннего сгорания / С. А. Загайко // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2008. - Т. 11. - № 2. - С. 84-89.
Борисов А. О. Моделирование изнашивания поршневого кольца двигателей внутреннего сгорания / А. О. Борисов, С. А. Загайко // Ползуновский вестник. - 2006. - № 4-1. - С. 27-31.
Об авторах
Кулешов Игорь Игоревич - аспирант
Морской государственный университет имени адмирала Г. И. НевельскогоХодаковский Владимир Михайлович - кандидат технических наук, доцент
Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского
