Prezentare Power-Point:

"METODE MODERNE DE CALCUL AL ARBORELUI COTIT"

Proiectul de diploma se numeste "Metode moderne de calcul al arborelui cotit" si a fost realizat sub indrumarea Domnului Sef Lucrari Dr. Ing Adrian Sabau.

Sau

Ma numesc Iacob Nicolae, iar profesorul indrumator este Sef Lucrari Dr. Ing. Adrian Sabau. Tema proiectului se numeste :"Metode moderne de calcul al arborelui cotit"

Nava aleasa este un remorcher portuar 2X4920 Kw tip Zimbru 1,2,3,4, care are urmatoarele dimensiuni:---slide 3 PP

In continuare se vor prezenta cateva vederi generale ale navei pentru a se putea vedea amplasarea generala a echipamentelor de punte si putin de la masina.---slide 4 PP

Scopul principal al acestei lucrari este de a trata intr-un mod succint problemele generale ce vizeaza metode moderne de calcul de rezistenta al componentelor motoarelor generale cu ardere interna.

Pe parcursul proiectului s-a realizat un calculul termic al motorului ---slide 5 PP,      Unde s-au folosit conditiile standard ISO pt zone tropicale:

temperatura aerului ambiant: t_o=27C

presiunea mediului ambiant p₀=1 bar

umiditatea mediului ambiant h=60%

temperatura apei la intrarea in racitorul aerului de supraalimentare t_a=27C

1. Calculul procesului de admisie:

In functie de mijloacele care genereaza deplasarea coloanei de fluid motor proaspat spre cilindrul motorului se deosebesc doua procedee de baza in desfasurarea procesului de admisie:

procesul de admisie normala, sau umplere normala

procesul de admisie fortata, sau umplere fortata. ---slide 5 PP

Unde presiunea de admisie si temperature de admisie sunt calculate cu urmatoarele formule, iar valorile sunt date in tabel slide 6 PP

IMPORTANT - ce reprezinta coeficientii din formule.

2. Calculul procesului de comprimare

C

In conditii normale e proces adiabatic, dar in conditii reale se desfasoara politropic.Astfel exponentul politropic mediu de comprimare "n_c" va trebui determinat cu formula:

Unde coeficientii A_c si B_c      au forma si sunt identici cu cei din tabelul de mai sus. Parametrii la sfarsitul comprimarii vor fi---slide 6 PP

---slide 7 PP Calculul procesului de ardere:

Calculul efectuat in continuare schematizeaza arderea reala folosind o transformare izocora si una izobara neglijand schimbul de caldura cu mediul extern si netinand cont de fenomenele gazodinamice ce se desfasoara in cilindru.

Cand arderea are loc la volum constant: temperatura este dat de formula urmatoare cu coeficientii si cuprinsi in tabel ---slide 8

Cand arderea are loc la presiune constanta: temperatura este dat de formula urmatoare cu coeficientii si cuprinsi in tabel ---slide 8

---slide 9 PP Ca si in cazul procesului de comprimare, destinderea ar putea fi considerata, teoretic, ca un proces adiabatic.

In realitate, datorita faptului ca temperatura gazelor este permanent superioara celei a peretilor cilindrului, procesul de destindere se desfasoara in conditiile unei cedari permanenete de caldura catre acestia.

Exponentul politropic mediu se poate determina prin diferentierea relatiei---slide 9 PP Exponentul politropic al destinderii, nd, este variabil pe intreaga durata a procesului, asa cum este redat in figura.

Urmeza dimensionarea motorului cu graficele pv si pα pentru motorul ales PIELSTICK. ---slide 10 si 11 PP

---slide 12 PP

Arborele cotit

Arborele cotit preia fortele transmise de biele (care rezulta din actiunea fortelor de presiune si a fortelor de inertie ale maselor cu miscare de translatie) si fortele de inertie ale maselor cu miscare de rotatie. Fortele preluate de arborele cotit, periodic variabile, produc momente incovoietoare si de rasucire. Momentele care solicita arborele cotit excita vibratii de incovoiere si de rasucire ale acestuia. Calcului arborelui cotit intampina dificultati, pe de o parte, din cauza configuratiei lui complicate.

Se considera ca arborele cotit este o grinda discontinua, la care portiunile dintre mijlocurile fusurilor palier consecutive reprezinta grinzi simplu sprijinite.

Pt. calculul arborelui cotit se poate utiliza metoda elementelor finite MEF.. Aceasta este o metoda numerica utilizata pt calculul structurilor complexe reprezentate de organele motoarelor cu ardere interna.

Prima etapa in utilizarea MEF in domeniul de interes consta in reducerea structurii reale, continue, la un model matematic, prin discretizarea si reducerea celei dintai la un ansamblu de elemente finite interconectate in puncte discrete.

O alta metoda este metoda elematelor de frontiera MEFr. Ceea ce diferentiaza metoda elementelor de frontiera (MEFr) de celelalte metode numerice utilizate in calculul structurilor elastice ale motoarelor cu ardere interna este fundamentarea pe teorema reciprocitatii lucrului mecanic.

---slide 13 PP Metode moderne de calcul

Daca sunt intrebat:

Analiza incarcarii lagarelor: Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca un lagar palier sunt legate de mentinerea grosimii peliculei de lubrifiant pentru evitarea uzurii lagarului.

Analiza regimului de ungere hidrodinamica: Analiza hidrodinamica permite o evaluare rapida a marimii uzurii lagarului (metdoda mobilitatii - se bazeaza pe calibrarile forta/viteza (mobilitate) aferente)

---slide 13 PP Analiza rezultatelor obtinute prin modelarea cu elemente finite

Modelul substructural al arborelui cotit (asa numit superelement) este prezentat in figura 1, iar rezultatele calculului coeficientilor de influenta in tabelele 1-4, obtinuti printr-un model adecvat al motorului diesel-generator tip AT25 produs de firma New Sulzer.

Coeficientii de siguranta la oboseala la fiecare racordare fus-brat sunt prezentati in tabelul .5 si au fost calculati folosind o rezistenta la anduranta de 370 N/mm2 si una admisibila de 850 N/mm2.---slide 13-18 PP

IMPORTANT

Avantajele analizei cu elemente finite sunt si mai evidente in cazul modelului 3-D al unui cot de manivela; acest lucru s-a evidentiat in timpul testelor realizate cu programul de modelare numerica, apartinand unui arbore cotit al unui motor naval ce antreneaza un generator electric, obiectivul analizei fiind dat de modificarile reclamate de necesitatea satisfacerii conditiilor de rezistenta la torsiune, ca solicitare esentiala a organului respectiv.

Studiul efectuat s-a concentrat doar asupra unui cot de arbore, ceilalti fiind considerati identici. Pentru rezolvare s-a considerat sistemul perfect izotrop si elastic, masa proprie a acestuia fiind neglijata.

Solverul realizat este unul 2D, nesatisfacator din punct de vedere al complexitatii problemei ce trebuie rezolvata. Programele folosite sunt FORTRAN (rutine de calcul scrise), MATLAB (pt generarea suprafetei).

---slide 19 PP In figura 2 este prezentat planul central de simetrie al cotului cu tensiunile echivalente calculate cu teorema a treia de rezistenta, pentru un cot brut cu fusurile nesuprapuse si zonele de cuplare intre elemente neracordate.

Se poate observa usor ceea ce este deja bine cunoscut ca in zonele de racordare fus palier brate tensiunile sunt maxime si ca muchiile diametrale ale bratelor sunt nesolicitate motiv pentru care arborii reali le au tesite.

Concluziile ce se pot deduce din distributiile prezentate sunt cele cunoscute deja din literatura de specialitate si anume ca cu cat zonele de racordare intre doua sectiuni sunt mai mari cu atat scad tensiunile locale in jurul zonei respective---slide 19-20 PP (fig. 3, 4, 5)

---slide 21 PP Distributia de tensiuni in planul central de simetrie al cotului asa cum este el realizat este prezentata in figura 6. Avantajele solutiei constructive elaborate de constructor fiind evidente.

Concluzii

Analiza cu elemente finite este la ora actuala cel mai performant instrument de analiza al:

deformatiilor,

tensiunilor

mecanice;

termice;

din structurile complexe specifice constructiilor mecanice.

Comparativ cu metodele clasice metoda cu elemente finite prezinta cateva avantaje nete:

prezinta o adaptibilitate ridicata la geometria complexa a pieselor analizate;

calculeaza cu precizie ridicata tensiunile si deformatiile locale putand da o masura mai exacta a solicitarilor in zonele critice (cu concentratori de tensiune a pieselor analizate);

permite redimensionarea eficienta a pieselor si optimizarea formei lor.

Dezavantajele majore sunt legate in principal de:

puterea de calcul necesara (analize cu elemente finite de precizii satisfacatoare se pot obtine doar pe calculatoare cu putere mare de calcul .deziderat care in prezent este atins de majoritatea PC -urilor de ultima generatie) puternic dependenta de complexitatea formei piesei analizate;

nu se poate face dimensionarea pieselor utilizand analiza cu elemente finite datorita numarului mare de necunoscute necesare pentru initierea calculului, asa cum ii spune si numele fiind doar un element de analiza.

In prezent alaturi de analiza cu elemente finite se utilizeaza si analiza cu elemente de frontiera, domeniu mai nou de abordare, dar care se impune tot mai mult datorita unui grad mai mare de generalitate si unui necesar de efort de calcul mai redus. Precizia analizei este mai redusa dar metoda este mult mai rapida.

Eforturile actuale se indreapta spre metode h toridele care sa ofere precizia analizei cu elemente finite si viteza atinsa de celei cu elemente de frontiera.

Dintre programele cele mai cunoscute care utilizeaza analiza cu elemente finite se pot enumera:

NASTRAN;

COSMOS

ANSYS

KATIA

In prezent analiza cu elemente finite este tot mai utilizata datorita performantelor ridicate realizate de programele amintite, performante care permit o optimizare a produselor elaborate inca din faza de proiectare, aceasta facand sa scada foarte mult eforturile de omologare, datorita reducerii numarului de teste.