Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Termo-mechaniczna analiza naprężeń i odkształceń zespołu cylindra silnika spalinowego jako próba wyjaśnienia niekontrolowanego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej

Michalski J., Woś P.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2018

|

R. 19, nr 6

609--618, CD

PL

W pracy przeprowadzono analizę możliwej przyczyny występowania samoczynnego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej lotniczego silnika spalinowego obciążonego mocą maksymalną podczas badań na hamowni silnikowej. Takie objawy niepoprawnej pracy silnika mogą występować także w locie samolotu i śmigłowca. W celu wyjaśnienia przyczyny niepoprawnej pracy silnika zastosowano nieliniową analizę metodą elementów skończonych. Określono dyskretny model uproszczonego układu zespołu cylindra silnika obejmujący kadłub i tuleję cylindrową. W analizie numerycznej uwzględniono zarówno siłę mechaniczną, wynikającą z obciążenia zaciskiem tulei cylindrowej w kadłubie jak i obciążenie ciśnieniem czynnika roboczego oraz obciążenie nierównomiernym polem temperatury. Przemieszczenia i naprężenia w tulei i kadłubie obliczono metodą elementów skończonych za pomocą systemu PATRAN oraz systemem ABAQUS. Wynikło to z konieczności uwzględnienia silnej anizotropii właściwości tulei cylindrowej z żeliwa szarego podczas rozciągania i ściskania. Geometrię części modelowano elementami płaskimi o topologii czterowęzłowej z elementami kontaktowymi dwuwymiarowymi sprzęgającymi. Analitycznie wyznaczono także naprężenia zginające w zespole cylindra wywołane obciążeniem bocznym tłoka silnika poprzez uwzględnienie ciśnienia czynnika roboczego, sił masowych i siły tarcia. Obciążenie ciśnieniem i temperaturą zespołu cylindra określono w wyniku badań stanowiskowych silnika. Charakterystyki materiałowe żeliwa szarego i żaroodpornego stopu aluminium wyznaczono doświadczalnie. Wyniki nieliniowej analizy statycznej naprężeń i odkształceń dla połączenia tuleja cylindrowa-kadłub wykazały, że w obszarze zwrotu zewnętrznego pierścieni tłokowych wystąpiły wysokie naprężenia i odkształcenie plastyczne tulei cylindrowej, wywołujące brak styku połączenia tych elementów. Zakłóca to przepływ ciepła z tulei cylindrowej do kadłuba i stwarza możliwość niekontrolowanego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej. W silniku istnieje konieczność stosowania zacisku średnicowego tulei w cylindrze w granicach 0.21÷0.42 mm, co wynika z rozszerzalności cieplnej elementów w warunkach jego pracy z maksymalną prędkością obrotową i obciążenia maksymalną mocą. Połączenie skurczowo-rozprężne tulei z cylindrem dla największego zacisku powoduje odkształcenie plastyczne żeliwa szarego tulei cylindrowej. Wymagana jest zmiana gatunku lub rodzaju żeliwa o wytrzymałości doraźnej powyżej 400 MPa.

EN

The paper analyzes the possible cause of self-ignition of air-fuel mixture in spark-ignition internal combustion engine loaded with maximum power during tests on the engine dynamometer stand. It leads to incorrect engine operation and may also occur during the flight of an aircraft or helicopter. In order to explain the cause of incorrect engine operation, a non-linear analysis using the finite element method was applied. A discreet model of a simplified engine cylinder assembly system comprising a cylinder body and the liner was determined. The numerical analysis includes both the mechanical force resulting from loading the cylinder liner clamp in the body as well as the pressure of the working medium pressure and the load on the non-uniform temperature field taken from engine test-bed measurements. The results of nonlinear static analysis of stresses and strains for the cylinder body-liner connection have shown that in the area of TDC where outer piston ring turns back, high stresses and plastic deformation of the cylinder liner occurr, causing a lack of contact between these elements. This disrupts the heat transfer from the cylinder liner to the cylinder body and creates the possibility of uncontrolled ignition of the fuel-air mixture.

2

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

Michalski J., Woś P.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

625--636

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.

3

Model połączenia skurczowo-rozprężnego tulei z nieprzelotowym cylindrem silnika spalinowego

Michalski J., Woś P.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

PL

W artykule przedstawiono rozwiązanie analityczne i numeryczne połączenia skurczowo-rozprężnego tulei cylindrowej z kadłubem - nieprzelotowym cylindrem silnika spalinowego chłodzonego powietrzem FRANKLIN PZL-F 4A-235-B31. Rozpatrywano połączenia dwu wariantów tulei cylindrowych o odmiennej grubości ścianki. Analizowano płaski stan naprężenia z teorii sprężystości, tzw. zadanie Lame'go, metodą analityczną. Wyniki porównano z obliczeniami numerycznymi metodą elementów skończonych w systemie PATRAN. Rozpatrywano model osiowo-symetryczny i płaski z elementami kontaktowymi płaskimi. Charakterystyki materiałowe dla tulei z żeliwa szarego i kadłuba cylindra z żaroodpornego stopu aluminium wyznaczono doświadczalnie. W wyniku obliczeń uzyskano stan wytężenia tulei cylindrowej i kadłuba cylindra oraz dyslokacji tych elementów.

EN

The analytical and numerical solving of compression-expansion joint of the cylinder liner with the blind cylinder case for the air-cooled engine FRANKLIN PZL-F 4A-235-B31 is presented. Two cylinder liners varied with wall thickness were taken into consideration. A planar stress state was analytically analyzed by Lame theory of elasticity. The results were compared with numerical solution, which has been done by FEA using PATRAN system. An axial-symmetrical and planar model with flat contact elements was analyzed. Material characteristics for the liners made of grey cast iron and for cylinder case made of heat-resisting aluminum alloy were determined experimentally. As a result, the stress and dislocations patterns for these elements were obtained.