Model osiowosymetryczny przemieszczeń i naprężeń w tulei oraz kadłubie zespołu cylindra silnika lotniczego FRANKLIN w normalnych warunkach eksploatacji

• Autorzy: Michalski J. , Woś P.

Warianty tytułu

EN

Axially-symmetrical model of strains and stresses in cylinder assembly for running aircraft piston engine of FRANKLIN type

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono rozwiązanie numeryczne modelu osiowosymetrycznego połączenia skurczowo-rozprężnego tulei z kadłubem zespołu cylindra w silniku spalinowym FRANKLIN F. 4A-235-B4 obciążonego mocą maksymalną. Przemieszczenia i naprężenia w tulei i kadłubie obliczono metodą elementów skończonych za pomocą systemu PATRAN®. Stan przemieszczeń i naprężeń zespołu cylindra porównano ze stanem technologicznym po montażu i obróbce mechanicznej tulei. Obciążenie ciśnieniem i temperaturą zespołu cylindra określono w wyniku badań stanowiskowych silnika. Charakterystyki materiałowe złożenia tuleja-kadłub zespołu cylindra, tj. żeliwa szarego i żaroodpornego stopu aluminium wyznaczono doświadczalnie. Geometrię części modelowano elementami płaskimi o topologii czterowęzłowej z elementami kontaktowymi dwuwymiarowymi sprzęgającymi. Modelowana struktura były obciążona zaciskiem, ciśnieniem czynnika roboczego i temperaturą. Analitycznie wyznaczono naprężenia zginające w zespole cylindra od obciążenia bocznego tłoka poprzez uwzględnienie ciśnienia czynnika roboczego, sił masowych i siły tarcia.

EN

The numerical solution for axially-symmetrical model of thermocompression-expansion bonding between the liner and cylinder frame for fully loaded aircraft engine Franklin F. 4A 235 B4 is presented. The strains and stresses loading the cylinder assembly were calculated with the finite element method (FEM) using PATRAN® software. Then the state of strains and stresses was compared with the initial one, which is gotten after cylinder liner forcing in and its final machining. The thermal and mechanical load of the cylinder assembly was determined from engine brake testing results. Material properties for grey cast iron and heat-resisting aluminum alloy, which the liner and the cylinder frame are made of, were obtained experimentally. The geometry of the device was modeled by four-node quadrilateral flattened elements with 2-D planar coupling points. The cylinder assembly structure was loaded by clamping and forces come from combustion pressure and heat release. Cylinder bending comes from lateral piston force as a summary effect of firing load, mass inertia and friction forces was also taken into consideration.

Słowa kluczowe

PL

połączenie skurczowo-rozprężne; zespół cylindra silnika; stan wytężenia tulei; stan wytężenia kadłuba cylindra; model analityczny naprężeń; metoda elementów skończonych; MES (metoda elementów skończonych)

EN

compression-expansion joint; engine cylinder device; cylinder stress pattern; analytical stress model; finite element analysis; FEA

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 52, nr 3
• Strony: 625--636
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab., wykr., pełen tekst na CD

Twórcy

autor

Michalski J.

• Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej

autor

Woś P.

• Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej

Bibliografia

• [1] Heywood J. B.: Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Book Company, New York, 1988.
• [2] Kwaśniowski S., Sroka Z. J., Zabłocki W.: Modelowanie obciążeń cieplnych w elementach silników spalinowych. Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław, 1999.
• [3] Iskra A.: Dynamika mechanizmów tłokowych silników spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 1995.
• [4] Wajand J. A., Wajand J. T.: Tłokowe silniki spalinowe średnio i szybkoobrotowe. WNT, Warszawa, 1993.
• [5] Hillier V. A. W., Coombes P.: Fundamentals of Motor Vehicle Technology. Nelson Thornes Ltd., 5th edition, United Kingdom, 2004.
• [6] Jachimowicz J., Wawrzyniak A.: Zastosowanie MES w zagadnieniach kontaktu elementów maszyn. Prace Instytutu Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Warszawskiej, z. 19, Warszawa, 1999.
• [7] Kleiber M.: Wprowadzenie do metody elementów skończonych. PWN, Warszawa-Poznań, 1989.
• [8] Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z., Nithiarasu P.: The Finite Element Method. Butterworth-Heinemann, 2005.
• [9] Cisek Z., Kunysz J., Lejda K., Michalski J., Pawlus P., Śmieszek M., Ustrzycki A., Zając P.: Opracowanie technologii wykonywania cylindrów zapewniającej optymalne parametry eksploatacyjne silnika tłokowego. Projekt celowy Nr 7 T07D 009 95C/2731, wykonawca: Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego "PZL-Rzeszów" Spółka Akcyjna. Sprawozdanie z pracy naukowo-badawczej, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów, 1996-1998.
• [10] Koliński K., Orkisz M., Prociak R.: Wymiana ładunku w czterosuwowych silnikach tłokowych. WKiŁ, Warszawa, 1991.
• [11] Rychter T., Teodorczyk A.: Modelowanie matematyczne roboczego cyklu silnika tłokowego. PWN, Warszawa, 1990.
• [12] Sobieszczański M.: Modelowanie procesów zasilania w silnikach spalinowych. WKiŁ, Warszawa, 2000.
• [13] Wiśniewski S., Wiśniewski T. S.: Wymiana ciepła. Wyd. 4 zm. WNT, Warszawa, 1997.
• [14] Ambrozik A.: Wybrane zagadnienia procesów cieplnych w tłokowych silnikach spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 2003.
• [15] Hlavňa V., Sojčák D.: Heat Transfer Through the Cylinder Wall Considering Radiation. Silniki Spalinowe 2007-SC2-035 (P07-C035), pp. 389-392.
• [16] Kneba Z.: Kompleksowy model nowej generacji układu chłodzenia silnika spalinowego. Silniki Spalinowe 2007-SC1-121 (P07-C121), pp. 160-169.
• [17] P3/ADVANCED FEA, Application module. User manual, Publication No 90301, Release 1.2, December 1993.
• [18] ABAQUS, User's manual, Version 6.3. Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc., 2002.
• [19] Podrzucki Cz.: Żeliwo, struktura, właściwości, zastosowanie. Wydawnictwo ZG STOP, Kraków, 1991.