Разработка методики расчёта теплонапряжённого состояния крышки цилиндра дизеля ЧН21/21

Форсирование двигателя и интенсификация рабочего процесса приводят к увеличению максимального давления газов в цилиндре, а также увеличению тепловой напряжённости деталей. Отсюда следует необходимость выполнить моделирование тепло-напряжённо-деформированного состояния (ТНДС) основных деталей, образующих газовый стык двигателя. Объект исследования -крышка цилиндра дизеля ЧН21/21. С целью повышения надёжности и эксплуатационных свойств данного семейства двигателей, необходимо изучение теплообмена между рабочим телом и основными деталями двигателя, проведение расчётов ТНДС основных деталей двигателя, в частности крышки цилиндра. Разработанная методика расчёта ТНДС крышки цилиндра позволяет учесть локальные термические граничные условия, повышающие точность расчёта. Для оценки ТНДС использована трёхмерная конечно-элементная модель сборки втулки, крышки цилиндра и блока с контактным взаимодействием через зону расположения прокладки. Для проведения расчёта был применён программный комплекс ANSYS для непосредственного моделирования с помощью методов конечных элементов (МКЭ). Расчётная сетка была сгенерирована автоматически, а в зонах концентрации напряжений проводился ряд схожих расчётов с различной степенью «сгущения» сетки. Параметры конвективного теплообмена, задаваемые на поверхностях гильзы, были получены по результату расчёта в программе ICE, в которой были использованы полученные ранее в программном пакете AVL Fire параметры рабочего процесса. Расчёт ТНДС крышки цилиндра был выполнен с учётом НДС от монтажных нагрузок сборочного узла, где учитывалось усилие от затяжки силовых шпилек, топливной форсунки. По результату работы получены эквивалентные напряжения для всех деталей расчётной модели.

поршневой двигатель, дизель, тепловой поток, рабочий процесс, метод конечных элементов, граничные условия, поле температур, монтажные нагрузки

1. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов / 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. - 590 с.

2. Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Зеленцов А.А. Трёхмерное моделирование нестационарных теплофизических процессов в поршневых двигателях. - М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 85 с.

3. Онищенко Д.О., Ложкин Н.С., Панкратов С.А. Разработка методики расчёта рабочего процесса дизеля ЧН21/21 с целью определения нестационарных локальных термических граничных условий // Труды НАМИ. - 2018. - № 1 (272). - С. 14-20.

4. Онищенко Д.О. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля и снижение тепловых нагрузок на его основные детали: дисс.. д-ра техн. наук (05.04.02). - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. - 234 с.

5. Онищенко Д.О., Панкратов С.А. Моделирование теплового состояния крышки цилиндра и клапанов дизеля // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2013. - № 4. - С. 94-108.

6. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Под ред. А.С. Орлина, М.С. Круглова / 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

7. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.

8. Фролов Д.А., Абрамов Ю.В. Оптимизация головки цилиндра // CADFEM REVIEW. - 2014. - № 1. -С.10-12.