Конечно-элементарная разбивка сечения поршня, постановка граничных условий - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Целью данного расчета является определение распределения температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания и максимального значения температуры, а также распределения термических напряжений. Задача решается для модели поршня в плоской осесимметричной постановке. Расчет проводится по методу конечных элементов при помощи программы COSMOS.

Для проведения данного расчета была подготовлена плоская двумерная конечно-элементная модель поршня. Модель воспроизводит конструкцию поршня и содержит 372 и 342 конечных элементов с 1261 и 1165 узловыми точками. В модели используются плоские четырехугольные восьмиузловые конечные элементы. Для них задаются свойства материала (алюминий).

Таблица 13 "Свойства материалов поршня"

Алюминий

Коэффициент теплопроводности kx

Модуль упругости Ex

Модуль упругости Nuxy

Коэффициент температурного расширения ax

На основании расчетов поршневых колец, теплообмена по огневой поверхности поршня и рабочего процесса двигателя для данного расчета ставят граничные условия, тепловую нагрузку на поршень со стороны рабочего тела и теплоотвод через поршневые кольца и зону поднутрения (рис. 42.). Также задается условие отсутствия вертикального перемещения в одной из точек нижней части поршня и горизонтального - в зоне осевой симметрии. Задаются значения коэффициента теплоотдачи и температуры Т в этих зонах. В зоне огневого днища необходимо адаптировать результаты расчета теплообмена по огневой поверхности поршня для задания граничных условий (рис.43). Адаптация производится графическим методом.

Рис. 42. "Граничные условия модели поршня"

Рис. 43. "Аппроксимация теплообмена по огневой поверхности поршня"

Полученное в результате расчета распределение температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания показано на рисунке 44 и 45, распределение термических напряжений - на рисунке 46 и 47. На рисунке 48 и 49 показано деформированное состояние поршня. По результатам исследования максимальная температура поршня 490 0С что допустимо для составных поршней с головкой из жаропрочной стали.

Рис. 44. "Распределение температур в поршне"

Рис. 45. "Распределение температур в поршне"

Рис. 46. "Распределение термических напряжений в поршне"

Рис. 47. "Распределение термических напряжений в поршне"

Рис. 48. "Деформированное состояние поршня"

Рис. 49. "Деформированное состояние поршня"

Похожие статьи




Конечно-элементарная разбивка сечения поршня, постановка граничных условий - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Предыдущая | Следующая