Моделювання пошкодження шатуна при надходженні рідини в циліндр ДВЗ
DOI:
https://doi.org/10.30977/VEIT.2020.17.0.5Анотація
Розглянуто закономірності деформації стрижня шатуна в процесі стиснення повітря з рідиною в циліндрі ДВЗ, виконано розрахунок деформації шатуна при попаданні рідини в циліндр (гідроудар). Відзначено, що всупереч загальновідомому характеру даного ушкодження, будь-які кількісні дані відсутні, що нерідко ускладнює визначення причин пошкодження в практиці експлуатації ДВЗ. Мета роботи – дослідження механізму деформації шатуна при втраті стійкості внаслідок гідроудару в циліндрі для отримання кількісних характеристик даного явища, придатних до використання в практиці визначення причин несправностей. Методика дослідження включає моделювання процесу стиснення з рідиною, а також моделювання деформації та втрати стійкості стрижня шатуна при осьовому стисненні. Проведено чисельне інтегрування системи диференціальних рівнянь, що описують зміну тиску і температури повітря з рідиною в циліндрі по куту повороту колінчастого вала, з початковими умовами, які були отримані з використанням стандартної програми розрахунку циклу ДВЗ, визначена залежність максимального тиску в циліндрі та деформації шатуна від заповнення камери згоряння рідиною. Результати. Для знайдених деформацій виконано моделювання осьового стиснення стрижня шатуна за допомогою методу скінченних елементів, визначені форма стрижня та напруги, встановлено залежність поздовжнього вигину від осьового стиснення стрижня. Результати моделювання зіставлені з експериментальними даними по пошкодженню шатунів в експлуатації ДВС, а також з результатами розрахунків напружень за допомогою класичних методів. Наукова новизна. Вперше встановлений кількісний зв'язок між кількістю рідини, що потрапила в циліндр ДВС при гідроударі, формою стрижня шатуна, величиною його осьового стиснення та поздовжнього вигину при втраті стійкості. Практична значущість. Отримані результати можуть бути використані на практиці при пошуку причин несправності ДВЗ, в тому числі, при моделюванні ушкоджень ДВЗ, з метою уточнення ознак і причин несправності, пов'язаної з гідроударів. За результатами дослідження обґрунтовано можливість практичного застосування моделювання ушкоджень при дослідженні причин несправності двигунів.
Ключові слова: двигун внутрішнього згоряння, шатун, гідроудар, стійкість, деформація.
Посилання
Хрулев А.Э., Кочуренко Ю.В. Методика определения причины неисправности ДВС при тяжелых эксплуатационных повреждениях. Двигатели внутреннего сгорания. 1. 2017. С. 52-60. DOI: 10.20998/0419-8719.2017.1.10.
Хрулев А.Э. Методика исследования и определения причин тяжелых повреждений ДВС в эксплуатации. Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции "Двигатель-2017", посвященной 110-летию специальности "Поршневые двигатели" в МГТУ им.Н.Э.Баумана. Москва. МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2017. С. 22-23.
Хрулев А.Э., Лосавио С.К., Дроздовский В.Б. Экспертиза технического состояния и причины неисправностей автомобильной техники. Москва, Изд-во АБС, 2019. 966 с.
Хрулев А., Самохин С. Гидроудар "замедленного действия". 2011. 08. С.36-39.
Greuter E., Zima S. Engine Failure Analysis. SAE International. Warrendale. USA, 2012. 568 p.
Компоненты двигателя и фильтры: дефекты, их причины и профилактика. Пер.с англ., Mahle GmbH, 2016. 77с.
Kumar P.S. and Kumar K. Buckling Analysis and Shape Optimization of Connecting Rod using FEA. Journal on Emerging trends in Model. and Manufact, 2016, no.2(2), pp. 44-50.
Shenoy P.S. and Fatemi A. Dynamic analysis of loads and stresses in connecting rods. DOI: 10.1243/ 09544062JMES105. J.Mechanical Engineering Science. Proc.IMechE, 2006, vol. 220 Part C, pp. 615-624.
Kumar M. and Prajapati S.N. Design, Buckling and Fatigue Failure Analysis of Connecting Rod: A Review. DOI: 10.22161/ijaers.4.7.7. International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS), 2017, vol.4 (7), pp. 39-44.
Nagaraju K.L., Chandan R. Buckling Analysis Of Connecting Rod. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 2016; vol. 03 (08), pp. 1358-1361.
Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. и др Машиностроение. Энциклопедия. Двигатели внутреннего сгорания. Т.IV–14. Москва. Машиностроение, 2013. 784 с.
Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw–Hill Series in Mechanical Engineering. McGraw–Hill, Inc. USA, 1988. 930p.
Дьяченко В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания. Учебник. Перевод с украинского языка. Харьков. ХНАДУ, 2009. 500 с.
Левтеров А.М., Левтерова Л.И. Анализ математических моделей механизма сажеобразования при сжигании углеводородных топлив, Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Математичне моделювання в техніці та технологіях. Харків, НТУ «ХПІ», 2013, №5 (979). С. 130-141.
Lotus Engineering Software (LESOFT). Group Lotus PLC, 2019. URL: http://www.lesoft.co (дата обращения 20.10.2019).
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. 17-е изд., испр. Москва, Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2018. 542 с.
Gere J.M. Mechanics of Materials. 6th Edition. Belmont, USA, Brooks/Cole-Thomson Learning, 2004. 940 p.
Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. Москва. Наука, 1986. 560 с.
Фаворин М.В. Моменты инерции тел. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Москва. Машиностроение, 1977. 511с.
Сорокин В.Г. Стали и сплавы. Марочник. Москва. "Интермет Инжиниринг", 2001. 608 с.
ANSYS Free Student Software Downloads. ANSYS, Inc., 2019. URL: https://www.ansys. com/academic/free-student-products (дата обращения 20.10.2019).
Федорова Н.Н., Вальгер С.А., Данилов М.Н., Захарова Ю.В. Основы работы в ANSYS 17. Москва. ДМК Пресс, 2017. 210 с.
References
Khrulev A.E., Kochurenko Y.V. Metodika opredeleniya prichiny neispravnosti DVS pri tyajelyh ekspluatazcionnyh povrejdeniyah [Method for determining the cause of the ICE failure for severe damages in operation]. DOI: 10.20998/0419-8719.2017.1.10. Internal Combustion Engines, 2017, 1, pp. 52-60.
Khrulev A.E. Metodika issledovaniya и opredeleniya prichin tyajelyh povrejdeniy DVS v ekspluatazcii [Methods of study and determination of the causes of heavy duty damages of internal combustion engines]. Theses of the International scientific and technical conference "Engine-2017", Moscow, MSTU N.E.Bauman, 2017, pp. 22–23.
Khrulev A., Drozdovsky V., Losavio S. Ekspertiza tekhnicheskogo sostoyaniya i prichiny neispravnostei avtomobilnoi tekhniki [Expertize of the technical condition and the vehicle fault causes]. Moscow, Publ. house ABS, 2019. 966 p.
Khrulev A., Samokhin S. Gidroudar "zamedlennogo deistviya" [Hydrolock "delayed action"]. Car and service, 2011, 08, pp. 36-39.
Greuter E., Zima S. Engine Failure Analysis. Internal Combustion Engine Failure and Their Causes. ISBN 978-0-7680-0885-2. SAE International, R-320, Warrendale, USA, 2012. 568 p.
Engine components and filters. Damage profiles, probable causes and prevention. Technical information MS3-1109, Mahle Inc., Farmington Hills, United States, 2016. 77 p.
Kumar P.S. and Kumar K. Buckling Analysis and Shape Optimization of Connecting Rod using FEA. REST Journal on Emerging trends in Modelling and Manufacturing 2016, 2(2), pp. 44-50.
Shenoy P.S. and Fatemi A. Dynamic analysis of loads and stresses in connecting rods. DOI: 10.1243/ 09544062JMES105. J.Mechanical Engineering Science. Proc.IMechE, 2006, Vol. 220 Part C, pp. 615-624.
Kumar M. and Prajapati S.N. Design, Buckling and Fatigue Failure Analysis of Connecting Rod: A Review. DOI: 10.22161/ijaers.4.7.7. International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS), 2017, Vol.4(7), pp. 39-44.
Nagaraju K.L., Chandan R. Buckling Analysis Of Connecting Rod. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 2016, Vol. 03(08), pp. 1358-1361.
L.V. Grekhov and others. Mashinostroenie. Enciklopediya. Dvigateli vnutrennego sgoraniya, T. IV–14 [Mechanical Engineering. Encyclopedia. Internal combustion engines. Vol. IV–14]. Moscow, Mashinostroenie, 2013. 784 p.
Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw–Hill Series in Mech. Engineering. McGraw-Hill, Inc. USA, 1988. 930 p.
Dyachenko V.G. Teoriya dvigatelei vnutrennego sgoraniya [Theory of internal combustion engines]. Kharkov, HNADU, 2009. 500 p.
Levterov A.M., Levterova L.I. Analiz matematicheskikh modelei mehanizma sajeobrazovaniya pri sjiganii uglevodorodnyh topliv [Analysis of mathematical models of the mechanism of soot formation during the combustion of hydrocarbon fuels]. News of NTU "KhPI". Series: Mathematical Modeling in tech and technology, 2013, 5(979), pp. 130-141.
Lotus Engineering Software (LESOFT). Group Lotus PLC, 2019. Available at: http://www.lesoft.co (Accessed 20 October 2019).
Feodosyev V.I. Soprotivlenie materialov. Uchebnik dlya vuzov [Resistant materials. Textbook for high schools]. Moscow, Publishing MSTU. N. Bauman, 2018. 542 p.
Gere J.M. Mechanics of Materials. 6th Edition. Belmont, USA, Brooks/Cole –Thomson Learning, 2004. 940 p.
Birger I.A., Mavlyutov R.R. Soprotivlenie materialov [Resistant materials]. Moscow, Nauka, 1986. 560 p.
Favorin M.V. Momenty inerzcii tel. Spravochnik [Moments of bodies' inertia. Handbook]. Moscow, Mashinostroenie, 1977. 511 p.
Sorokin V.G., Gervasiev M.A. and others. Stali i splavy [Steels and alloys]. Moscow, Intermet Engineering, 2001. 608 p.
ANSYS Free Student Software Downloads. ANSYS, Inc., 2019. Available at: https://www.ansys.com/ academic/free-student-products (Accessed 20 October 2019).
Fedorova N.N., Valger S.A., Danilov M.N., Zakharova Yu.V. Osnovy raboty v ANSYS 17 [Fundamentals work in ANSYS 17]. Moscow, DMK Press, 2017. 210 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Александр Эдуардович Хрулев
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
