Research of the resistance against thermal shocks of chosen elements of combustion engines

• Autorzy: Jankowski A. , Jankowska B. , Ambrozik A. , Ślęzak M.

Warianty tytułu

PL

Badania odporności na szoki termiczne wybranych elementów silników spalinowych

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problem odporności elementów i zespołów maszyn na szoki termiczne występuje w wielu dziedzinach techniki, od komputerów poprzez maszyny i urządzenia hutnicze, silniki spalinowe do urządzeń kosmicznych. Zakres i poziom obciążeń termicznych jest zróżnicowany i zależny od warunków pracy, jak również zakres temperatur musi być dostosowany do warunków rzeczywistych, w których dany element, zespół czy urządzanie pracuje. Występują dwa rodzaje obciążeń, które mogą być spowodowane przez szoki termiczne: rozciągające i ściskające. Szoki termiczne występują w czasie niejednorodnego nagrzewania lub chłodzenia w odniesieniu do jednorodnych materiałów, albo jednorodnego nagrzewania lub chłodzenia niejednorodnych materiałów. Występują także w czasie jednorodnego nagrzewania materiałów jednorodnych o złożonej konfiguracji. W artykule zaprezentowano podstawy teoretyczne szoków termicznych, przy czym zwrócono szczególną uwagę na różne oddziaływanie szoków termicznych w odniesieniu do materiałów kruchych i plastycznych. Przedstawiono główne czynniki wpływające na odporność materiałów na szoki termiczne. Przedstawiono też aparaturę i automatyczne, sterowane komputerem urządzenia badawcze, które pozwalają na realizację cyklu badań szoków termicznych w zakresie temperatury do 1150° C. Przedstawiono wynik wstępnych badań w odniesieniu do tłoków silników spalinowych, które wykazały, że w kolejnych cyklach szoków termicznych ma miejsce zmiany wymiarów. Zwrócono też uwagę na istotne parametry wpływające na odporność materiałów na szoki termiczne, do których należy zaliczyć między innymi współczynnik rozszerzalności liniowej i moduł Younga.

EN

The problem the resistance of elements and sets of machines on thermal shocks appears in many domains of the technique, from computers across machines and metallurgic devices, combustion engines to space devices. The range and the level of thermal loads is diverse and dependent from working conditions, as well as the temperature range has to be adapted to real conditions in which the given element, set or stage works. Appear two kinds of loads which can be due by thermal shocks: expanding and compressive. Thermal shocks appear during heterogeneous warming or the cooling with reference to homogeneous materials, or homogeneous warming or the cooling of heterogeneous materials. They appear also during homogeneous warming of homogeneous materials about complicated configuration. Theoretical bases of thermal shocks, bases thermal shocks with the special attention on the different influence of thermal shocks with reference to materials fragile and plastic are presented in the article. Main factors influencing on the resistance of materials on thermal shocks are introduced .Also the apparatus and self-operated with computer controlling investigative devices which let on the realization of the cycle of research of thermal shocks in the range of the temperature to 1150 about C are described in the paper. The result of initial researches with reference to pistons of combustion engines which showed, in following cycles of thermal shocks takes place exchanges of measurements are submitted. As well the attention on essential influent parameters on the resistance of materials on thermal shocks to which one ought to accept among other things the coefficient of linear expansion and Young's modulus.

Słowa kluczowe

PL

odporność elementów i zespołów maszyn; szoki termiczne; niejednorodne nagrzewanie lub chłodzenie; materiały jednorodne o złożonej konfiguracji; tłoki silników spalinowych; spółczynnik rozszerzalności liniowej; moduł Younga

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 12, No. 3-4
• Strony: 103--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Jankowski A.

• Institute of Aeronautics Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa, Poland tel.: [phone], fax: [phone]

autor

Jankowska B.

• Institute of Aeronautics Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa, Poland tel.: [phone], fax: [phone]

autor

Ambrozik A.

• Technical University of Kielce Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland Tel.: [phone] fax:[phone]

autor

Ślęzak M.

• Motor Transport Institute ul. Jagiellońska 80, 03-301 Warszawa, Poland tel.: [phone], fax: [phone]

Bibliografia

• [1] Barabash V., Federici G., Linke J. and Wu C. H., Material/plasma surface interaction issues following neutron damage, Journal of Nuclear Materials, 313-316, pp. 42-51, 2003.
• [2] Bolt H., Duwe R., Linke J., Ovchinnikov I., Rodig M., You J. H., Composite materials for plasma exposed components of thermonuclear fusion devices, Proc. of the Int. Symp. on Material Chemistry in Nuclear Environment, Tsukuba, Japan, pp. 265 – 275, 1996.
• [3] Cappariello A., D'Auria F., Galassi G. M., Application of the Relap5/mod3.2 to the Analysis of the Reactor Pressure Vessel PTS - International Comparative Assessment Study, University of Pisa Report, DCMN- NT 320(97), Pisa (I), 1997.
• [4] Choudhary B. K., Roedig M., Mannan S. L., Influence of Temperature and Environment on Creep Crack Growth Behaviour of Alloy 800, Trans. Indian Inst. Met., 49, pp. 573-580, 1996.
• [5] Deschka S., Schweizer S., Streibl B., ASDEX-Upgrade Team, Garcia-Rosales C., Hofmann G., Linke J., Divertor II plasma facing components for ASDEX upgrade" Proc. 19th Symposium on Fusion Technology, Lissabon, 16.-20.09.1996., 455.
• [6] Hirai T., Philipps V., Huber A., Rubel M., Tanabe T., Wada M., Ohgo T., Ohya K., Pospieszczyk A., Sergienko G., Wienhold P., Testing of tungsten and tantalum limiters to TEXTOR edge plasma: Material performance and deuterium retention, Physica Scripta, T103, 63-67, 2003.
• [7] Hirai T., Philipps V., Huber A., Sergienko G., Linke J., Wakui T., Tanabe T., Rubel M., Wada M., Ohgo T., Ohya K., Pospieszczyk A., Barabash V., Performance and erosion of a tungsten brush limiter exposed in the TEXTOR tokamak, 14th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices, Journal of Nuclear Materials, 313- 316, pp. 69-73, 2003.
• [8] Jhung M. J., Park Y. W., Deterministic Structural and Fracture Mechanics Analyses of Reactor Pressure Vessel for Pressurized Thermal Shock, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 8, No. l, 1999.
• [9] Jhung M. J., Park Y. W., Deterministic Structural and Fracture Mechanics Analyses of Reactor Pressure Vessel for Pressurized Thermal Shock, KINS/AR-656, Korea Institute of Nuclear Safety, February 1999.
• [10] Jung J. W., Bang Y. S., Seul K. W., Kim H. J., Lee J. I., Thermal Hydraulic Mixing Analysis on Pressurized Thermal Shock International Comparative Assessment Study", KINS/AR-593, 1998.
• [11] Kato D., Li Y., Shibata K., Development of a PV Reliability Analysis Code Based on Probabilistic Fracture Methodology Part (2) Analysis Methodology Verification and Sensitivity Analysis, 1998 Fall Meeting of the Atomic Energy Society of Japan, 1998.
• [12] Laux M., Schneider W., Wienhold P., Juttner B., Huber A., Balden M., Linke J., Kostial H., Mayer M., Rubel M. et al., Arcing at B4C-covered limiters exposed to a SOL-plasma, Journal of Nuclear Materials, 313-316 () 64-68, 2003.
• [13] Niffenegger M., Reichlin K., The Proper Use of Thermal Expansion Coefficients in Finite Element Calculations, PSI TM-49-98-15, 1998.
• [14] Ohgo T., Wada M., Ohya K., Hirai T., Biel W., Tanabe T., Kondo K., Rapp J., Philipps V., Huber A. et al.: Effect upon the core plasma radiation due to high power laser injection onto C, W and Ta test-limiters in TEXTOR, Journal of Nuclear Materials, 313-316, pp. 1161-1165, 2003.
• [15] Ohya K., Hirai T., Tanabe T., Wada M., Ohgo T., Philipps V., Pospieszczyk A., Huber A., Sergienko G., Brezinsek S., Noda N., Simulation of hydrogen and hydrocarbon release from W-Ta and W-C twin test limiters in TEXTOR edge plasma,14th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices, Journal of Nuclear Materials, 313-316, pp. 571-575, 2003.
• [16] Schimpfke T., Sievers J., Reactor Pressure Vessel - International Comparative Assessment Study: Analyses on Deterministic Fracture Mechanics (DFM) Tasks - Technical Note, GRS Technical Note, December 1997.
• [17] Schimpfke T., Sievers J., Vergleichsanalysen zur bruchmechanischen Bewertung unterstellter Risse in einem Reaktordruckbehalter mit internationaler Beteiligung (RPV-PTS-ICAS), 24. MPA Seminar, Stuttgart, 1998.
• [18] Sherry A., Richardson T., Sillitoe R., Trusty F., Analysis of Benchmark PTS Problem: Comparison of R6 and 3D-Finite Element Results, ASME Pressure Vessel and Piping Conference, Boston, 1999.
• [19] Shibata K., Kato D., Li Y., Development of a PV Reliability Analysis Code Based on Probabilistic Fracture Methodology Part (1) Outline of the Code, 1998 Fall Meeting of the Atomic Energy Society of Japan, 1998.
• [20] Shibata K., Kato D., Li Y., Development of PFM Code for Evaluating Reliability of Pressure Components subjected to transient Loading, to be presented at SM1RT-15, Seoul, 1999.
• [21] Sievers J., Bass R., Miller A. G., Activities of the OECD Nuclear Energy Agency in the Area of RPV PTS Fracture Mechanics Analysis, paper G2-A2-FR of SM1RT - 15, Seoul, 1999.
• [22] Sievers J., Schimpfke T., Verifikation bruchmechanischer Methoden durch Vergleichsanalysen mit internationaler Beteiligung(FALSIRE, NESC, RPV PTS 1CAS), 21. GRS-Fachgespräch, München, 1997.
• [23] Von Seggern J., Wienhold P., Hirai T., Philipps V., Long term behavior of material erosion and deposition on the vessel wall and remote areas of TEXTOR-94, Journal of Nuclear Materials, 313-316, pp. 441-446, 2003.
• [24] Wada M., Hirai T., Ohgo T., Tanabe T., Ohya K., Philipps V., Huber A., Sergienko G., Pospieszczyk A., Noda N., Inhomogeneous heat loading to high-Z test limiters depending upon the limiter materials, 14th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices, Journal of Nuclear Materials, 313-316, pp. 294-298, 2003.
• [25] Yehia Vaßen R., Duwe R., Stöver D., Ceramic SiC/B4C/C-composites as plasma facing components for fusion reactors, Proc. of the 7th Int. Conf. on Fusion Reactor Materials (ICFRM7), Obnisnk, Russian Federation, Sept. 25-29, 1995, Journal of Nuclear Materials 233-237, pp. 1266-1270, 1996.