Двовимірний скінченноелементний аналіз контактних задач із врахуванням теплообміну

Окружні і контактні напруження добре узгоджуються між собою, а осьові приймались з осесиметричного розрахунку. Зміна граничних умов теплообміну в осьовому напрямку значно не погіршує близькості результатів для обох моделей. Таким чином, за допомогою комбінації плоских і осесиметричних розрахункових схем в ряді випадків можна дати оцінку НДС конструкцій з тривимірним полем напружень. Використання термоконтактного скінченного елементу в розрахунковій схемі гільзи дозволяє коректно визначити температурні поля, які залежать від умов контакту гільзи з бандажем.

 

Таблиця 1

 

У підрозділі 4. 4 розглянуто розрахунки температурних полів і НДС поршня двигуна внутрішнього згоряння в рамках осесиметричної термоконтактної задачі. Удосконалення моделі досягнуто за рахунок розгляду об'єкта, як одного цілого, що дозволяє одержати повну і достовірну картину напруженого стану, враховуючи теплообмін між деталями, що взаємодіють. На рис. 10 зображено загальний вигляд меридіонального перетину конструкції. Між жаровою накладкою (1) і корпусом (2) закладено контактний шар (4), який забезпечує взаємодію деталей з врахуванням зазорів. Спеціальний анізотропний шар (5) моделює різьбове з’єднання болта (3) і жарової накладки. Задача термомеханіки розглядалася для випадків максимального і мінімального тиску газів. Граничні умови теплообміну і контактний тиск усереднені за цикл. В роботі одержано розподіл температурного поля (рис. 10) і термонапруженого стану конструктивних елементів поршневої групи. Розрахунок виконано на моделі з більш коректно поставленими граничними умовами теплообміну між деталями і із зовнішнім середовищем. Вона дає змогу враховувати залежність теплообміну від площі контакту і величини контактного тиску, особливості експлуатаційних навантажень, взаємний вплив деталей одна на одну. Врахування цих факторів підвищує достовірність і практичну цінність одержаних результатів.

У підрозділі 4. 5 розглянуто задачу контактної взаємодії для двохопорного замкового з’єднання грибовидного типу першого ступеня низького тиску турбіни К-300-240-2. При розробці математичної моделі і розрахункової схеми, представленої на рис. 11, геометрія з’єднання, діюче навантаження задавались максимально наближеними до реальних. Хвостовик лопатки розглядався в рамках плоского напруженого стану у взаємодії з осесиметричним диском. Розв'язувалась нестаціонарна задача у пружній постановці. Розрахунки проведено для двох випадків: без врахування температурних деформацій і з їх врахуванням (розподіл температур через дві хвилини після теплового удару показано на рис. 11). Було встановлено, що для цієї конструкції температурні деформації несуттєво впливають на рівень контактних напружень, однак значно посилюють нерівномірність їх розподілу, що треба приймати до уваги при оцінці тривалої міцності.

В заключній частині сформульовані основні результати і висновки.

В додатку наведені документи, що підтвердджують практичну значимість результатів дисерта ційної роботи.

 

 

1.Розроблено новий “термоконтактний” одновимірний скінченний елемент, що дозволяє моделювати реальні умови взаємодії тіл (одностороннє зчеплення, просковзування, сухе тертя, тепловиділення в зоні контакту і т. д.), враховувати вплив контактного тиску, чистоти обробки поверхні, теплопровідності середовища, міцнісних властивостей матеріалів на характер і величину розподілу термічного опору.

2.Розроблено методику, яка дозволяє на основі МСЕ розв’язувати термоконтактні задачі в плоских і осесиметричних постановках.

3.Проведені чисельні дослідження достовірності результатів, які одержуються за допомогою створених на базі програмного комплексу KROK (розробка ІПМаш ім. А. М. Підгорного НАН України) алгоритму і програми розрахунку двовимірних термоконтактних задач з врахуванням теплообміну між поверхнями, що взаємодіють. Аналіз одержаних результатів показав їх достатню точність.

4.Достовірність результатів підтверджується також коректністю постановок задач, обгрунтованістю припущень, які покладено в основу роботи, строгістю математичних перетворень, аналізом збіжності рішень на основі чисельних експериментів, порівнянням у конкретних прикладах, з відомими в літературі аналітичними і чисельними результатами.

5.Запропонована методика використана для аналізу НДС вузлів і деталей циліндропоршневої групи двигуна внутрішнього згоряння. Чисельні розв'язки задач у нових термоконтактних постановках, які відображають реальні умови взаємодії між тілами, суттєво підвищують практичну цінність одержаних результатів. Частина з них була використана при проектуванні та доводці нового дизеля більшої потужності.

6.В новій постановці розглянуто розрахунок замкового з'єднання елементів турбомашин, на прикладі якого показано, що врахування температурних деформацій і впливу деталей одна на одну, майже не змінюючи величини контактних напружень, може суттєво міняти характер їх розподілу.

7.Основні результати, висновки і рекомендації по наведених у роботі дослідженнях були застосовані при виконанні бюджетних програм та госпдоговірної роботи, можуть бути використані в практиці науково-дослідних і проектно-конструкторських організацій при проектуванні нових та оцінці НДС працюючих конструкцій в умовах термоконтактної взаємодії їх елементів.

 

 

1.Гармаш Н. Г. Влияние температурных деформаций на напряженно-деформированное состояние стеклоэлементов иллюминаторов // Вестник Харьк. гос. политех. ун-та. -Харьков: ХГПУ. -1999. -Вып. 47. -С. 16-21.

2.Гонтаровский П. П., Левтеров А. М., Гармаш Н. Г. Конечноэлементный анализ температурных полей и напряженно-деформированного состояния жарового кольца двухтактного дизеля в термоконтактной постановке // Вестник Харьк. гос. политех. ун-та. -Харьков: