hrvatski

Numerička analiza dinamičkog ponašanja koljenastog vratila velikog srednjehodnog motora SUI

U radu je prikazana analiza dinamičkog ponašanja koljenastog vratila primjenom numeričkih metoda na konkretnom primjeru srednjehodnog velikog motora SUI s 9 cilindara. Glavni cilj ovoga rada je prikaz numeričke metode koja integrira metodu konačnih elemenata i multy-body system simulaciju za dinamičko ponašanje koljenastog vratila. Dinamičko ponašanje koljenastog vratila u brodskim pogonima ili u motor-generatorskim setovima ponajviše će se razmatrati u ovom radu. U ovim motorima SUI srednji efektivni tlak prelazi 20 bara s tlakovima izgaranja preko 200 bara i brojem okretaja motora do 1000 o/min. Konstrukcijski dijelovi u motorima SUI moraju biti projektirani da izdrže pobude od sila izgaranja i inercijskih sila u smislu životnog vijeka, vibracija i buke. Moderni alati kao multy-body system simulacije daju značajni uvid u dinamičko ponašanje složenih konstrukcijskih dijelova. Koljenasta vratila velikih motora SUI dobar su primjer gdje se multy-body system simulacija može korisno upotrijebiti za analizu: nelinearnih prisilnih vibracija koje obuhvaćaju sile izgaranja, inercijske sile, spregnute aksijalne, torzijske i fleksijske vibracije, žiroskopske efekte, nelinearnu krutost i prigušenje uljnog filma u kliznim ležajevima. Dane su osnove o sklopu koljenastog vratila i pripadajućih konstrukcijskih dijelova kao i osnove teorije vibracija i dinamike rotora. Objašnjeno je i vitlanje ulja uz elastohidrodinamičku teoriju podmazivanja koja prikazuje i primjere zglobnih spojeva u ljudskom tijelu te njihovo podmazivanje. Prikazani su i svi parametri glavnih ležajeva u motorima SUI. Dane su osnove zamorne čvrstoće s objašnjenjima i dokazima o utjecajnim faktorima na životni vijek koljenastog vratila uz prikaz tipičnih zamornih lomova u praksi. Dane su osnove i dokazi o utjecaju freting zamora na konstrukcijske dijelove. Nakon toga pristupilo se numeričkoj simulaciji koljenastog vratila u programskom paketu AVL Excite. Prije simulacije s AVL Excite-om, upotrebljen je MSC.Nastran/Patran za spajanje konstrukcijskih dijelova motora te modalnu analizu i kondenzaciju potrebnih čvorova konačnih elemenata. Mreža konačnih elemenata je izrađena ponajviše u programskom paketu SimLab te u MSC.Patran-u (za heksaedarske elemente). Prikazani su rezultati i usporedba vlastitih frekvencija te rezultati prisilnih vibracija. Za analizu ležajeva prikazani su rubni uvjeti dovoda ulja, profil odstupanja ležaja te rezultati reakcijskih sila i momenata, ekscentriciteta, lokalnih ekstrema ukupnih tlakova, rubni kontaktni tlakovi, hidrodinamički tlakovi te toplinska opterećenja. Prikazana je studija utjecaja viskoznosti ulja na gubitke snage i minimalnu debljinu uljnog filma. Nakon toga se pristupilo analizi zamorne čvrstoće kritičnih mjesta koljenastog vratila. Zamorna čvrstoća se proračunava iz dinamičkih rezultata kroz 1 ciklus motora SUI (tj. 720° za četvero taktne motore). Za ovaj slučaj, zapis dinamičkih rezultata je za svaki 5°, što daje ukupno 144 koraka u kojima se zadaju opterećenja uslijed dinamičkog ponašanja. Analiza zamorne čvrstoće zahtijeva korištenje programskih paketa SimLab, MSC.Patran, Abaqus i FemFat. Za kritična mjesta se koristila tehnika podmodeliranja (eng. submodel) u Abaqus-u. Prikazani su utjecajni faktori korišteni za proračun zamora u FemFat-u. Na kraju, prikazana su kritična područja s faktorima sigurnosti.

koljenasto vratilo; veliki motori SUI; vibracije; elastohidrodinamika; klizni ležajevi; zamor

nije evidentirano