Расчет температурного и напряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергомашиностроительный факультет

Кафедра ДВС

Курсовая работа

«Расчет температурного и напряженного состояния деталей двигателя внутреннего сгорания»

                                   Выполнили:

Студент группы 5031/10

Зверев А.А.

Преподаватель:

Шабанов А.Ю.

Санкт-Петербург

2011

Содержание

1. Расчет температурного и напряженного состояния поршня Д.В.С……………………..3

2. Расчет температурного и напряженного состояния выпускного клапана Д.В.С……..10

3. Расчет температурного и напряженного состояния гильзы Д.В.С……………………..15

4. Приложение 1………………………………………………………………………………20

5. Приложение 2………………………………………………………………………………25

1. Расчет температурного и напряженного состояния поршня Д.В.С.

Постановка задачи

Целью данного расчета является определение распределения температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания и максимального значения температуры, а также распределения термических напряжений. Задача решается для модели поршня в плоской осесимметричной постановке. Расчет проводится по методу конечных элементов при помощи Э.В.М.

Характеристики расчетной модели

Для проведения данного расчета была подготовлена плоская двумерная конечно-элементная модель поршня. Модель воспроизводит конструкцию поршня и содержит 272 и 443 конечных элементов с 901 и 1436 узловыми точками. В модели используются плоские четырехугольные восьмиузловые конечные элементы. Для поршня (алюминий) задаются следующие свойства материала:

1) коэффициент теплопроводности:

2) модуль упругости:

3) коэффициент Пуассона:

4) коэффициент температурного расширения:

Граничные условия

На основании расчетов поршневых колец, теплообмена по огневой поверхности поршня и рабочего процесса двигателя для данного расчета устанавливаются граничные условия, тепловая нагрузка на поршень со стороны рабочего тела и теплоотвод через поршневые кольца и зону поднутрения. Также задается условие отсутствия вертикального перемещения в одной из точек нижней части поршня и горизонтального – в зоне осевой симметрии. Задаются значения коэффициента теплоотдачи  и температуры Т в этих зонах (Приложение 1 – Граничные условия рассчитываемых деталей, поршень сечение 1).

Результаты расчета

Полученное в результате расчета распределение температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания показано на рисунке 1, распределение термических напряжений – на рисунке 2. На рисунке 3 показано деформированное состояние поршня. На рисунке 4 показана двумерная конечно-элементная модель поршня.

Рис. 1 Распределение температур в поршне

Рис. 2 Напряженно-деформированное состояние поршня

Рис. 3 Деформированное состояние поршня

Рис. 4 Двумерная конечно-элементная модель поршня

Рис. 5 Распределение температур в поршне

Рис. 6 Напряженно-деформированное состояние поршня

Рис. 7 Деформированное состояние поршня

Рис. 8 Двумерная конечно-элементная модель поршня

Анализ результатов расчета

Полученное в результате расчета распределение температуры в поршне может считаться близким к реальному. Максимальные температуры наблюдаются в центре камеры сгорания и на её кромке, что связано с высокими температурами рабочего тела, с которым поршень контактирует в этой области и с конфигурацией камеры. Полученное максимальное значение температуры является приемлемым, что позволяет сделать вывод о применимости в таких условиях данной конструкции и материала поршня.