METODE MODERNE DE CALCUL AL ARBORELUI COTIT

Prezentarea proiectului de diploma

METODE MODERNE DE CALCUL AL ARBORELUI COTIT

Slide 1Proiectul de diploma a fost realizat sub indrumarea S.l.dr.ing Adrian Sabau, si are ca tema : slide 2 "Metode moderne de calcul al arborelui cotit".

Slide 3 In prima parte se prezinta caracteristicile navei: Nava aleasa este un remorcher portuar 2X4920 Kw tip Zimbru 1,2,3,4, care are urmatoarele dimensiuni.si slide 4

Slide 5 Calculul termic al arborelui cotit s-a realizat cu datele din proiectul de PCS, cu scopul obtinerii parametrilor necesari dezvoltarii in continuare al calculului de rezistenta.

Calculu termic zero dimensional utilizeaza ca ipoteze simplificatoare faptul ca ciclul este ideal, adica fara pierderi si aproximeaza evacuarea si admisia cu niste procese izobare, iar compresia si destinderea cu procese politropice, cu coefficient politropic constant.. Unde s-au folosit parametrii initiali, rezultand parametrii de iesire.slide 6

In urma calcului de rezistenta si termic parametrii motoarelor au fost verificati cu parametrii motorului de referinta si s-a constatat o eroare care nu depaseste 2%, ceea ce inseamna ca modelul e utilizat la regim nominal (turatie si putere 100%).

Slide      7-8 Cu datele obtinute s-a trasat diagrama pv si pα necesare obtinerii fortelor care actioneaza asupra mecanismului motor. Utilizand datele calculate s-a facut si o dimensionare globalacu scopul obtinerii caracteristicilor pieselo componente.

Slide 9 Calculul se poate face in metoda clasica, adica procese simple: forte si presiuni medii. Clacul care nu poate sa acopere decat dimensiunile de baza. Pentru obtinerea de rezultate performante este nevoie de metode mai complexe.

In elaborarea unui procedeu de calcul trebuie sa se tina cont de forma si dimensiunile pieselo componente, mai concret de forma si dimensiunile arborelui cotit..

Slide 10 Metodele de calcul utilizate in calculul de rezistenta al MAI sunt: metode exacte (analitice, pt probleme simple) si aproximative:

MDF

MEF

MEFr

Pentru calculul arborelui am folosit MEF. Slide 11 Pt abordarea calculului cu elemente finite presupunem impartirea elementelor de calcul in elemente finite specifice fiecareia aplicatie la care sunt aplicate.

Slide 12 Tipuri de structuri modelate cu metoda elementelor finite.

Slide 13 Formularea matematica a problemei pentru un mediu continuu este data de ecuatiile diferentiale in care marimile mecanice sau fizice, ca deplasarile, tensiunile si deformatiile, sunt considerate ca functii continue de deplasarile nodale:

Ecuatia de echilibru(in idea ca deormatiile sunt functii continue)

Slide 14

relatia dintre deformatii si deplasarile nodale(structura se discretizeaza prin puncte numite noduri in colturi si muchii)

relatia dintre tensiuni si deformatii

Slide 15 Energia potentiala      a unei structuri este data de energia de deformatie la care se aduna potentialul fortelor aplicate.

Slide 16Energia potentiala totala a continuului va fi suma contributiilor energiilor potentiale individuale ale elementelor e, care la randul ei poate fi scrisa sub forma.

Slide 17Minimizarea energiei potentiale este ecuatia de echilibru (stabil sau instabil).

Slide 18 Tot sistemul e redus la nivelul structurii: marime si forma. In zonele obiectulu unde sunt concentratii de tensiune este nevoie de multe elemente (ecuatii de inchidere, conditii la limitra)

Slide 19 Elementul finit triunghiular..Ecuatiile geometrice pentru fiecare element triunghiular (discretizarea structurii pe elemente finite)

Slide 20 Valorile coeficientilor in functie de deplasarile nodale si coordinate.Matricea deformatiilor.

Slide 21 Matricea multidimensionala in functie de ecuatii.

Slide 22 Conditia principala in aceasta analiza este aceea a calculului incarcarii lagarului pentru un caz particular, datele necesare efectuarii acestui calcul sunt redate in figura.slide 23 Momentele si fortele pe un cot de arbore cotit.

Ideea acestui calcul al unui cot de arbore este a se vedea in ce masura se respecta literatura de specialitate.

Slide 24 Schema logica este compusa dintr-un : generator de retea, apoi se pun conditiile pe contur (fortele ai reazemele), solverul care se rezolva si afisarea grafica.

Slide 25 Arborele cotit este cu forma circulara, netesit, fara racordari, astfel apar concentratori de tensiune in colturi.

Slide 26 S-a introdus o tesitura care ba avut ca rol reducerea concentratorilor de tensiune.

Slide 27 S-a folosit o tesitura mai mica, lucru care a redus in continuare concentratorii de tensiune

Slide 28 Folosinduse razele de racordare tensiunile au scazut foarte mult..

Astfel concluzia este ca respecta, comparative cu un calcul facut la proiectul de CCMAI, unde au fost folosite niste valori medii.

Problema este ca in arborii cotiti au gauri si astfel apar solicitari spatiale (fusurile contin gauri). Astfel pentru o mai buna rezolvare a problemei vom folosii in continuare un model 3D

Slide 29 Am realizat structura reazem si forta.Am ales solicitarea de forta maxima si se observa ca concentratorii de tensiune apar cam in aceleasi zone comparative cu modelul 2D.slide 30 si 31

Slide 32 Gaurile de ungere au fost pozitionate in asa fel incat sa nu fie conconcentratori de tensiune, asa cum se obseva slide 33.

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.