Спрощення граничних умов нестаціонарної задачі теплопровідності при визначенні ресурсної міцності поршня дизеля

Abstract

Виконано аналіз літератури щодо отримання функцій керування граничних умов нестаціонарної задачі теплопровідності поршня, що дозволяє оцінити його ресурс. На основі експериментального дослідження поршня двигуна 4ЧН12/14 встановлено, що для зон першого та другого поршневих кілець необхідно мати дані щодо функції керування Фt(τ) граничних умов для ряду перехідних процесів. Враховуючі складність отримання даних функцій, запропоновано допустимі спрощення граничних умов, а саме функції керування Фt(τ) при визначенні ресурсної міцності поршня на початкових етапах проектування. Для цього запропонована миттєва зміна граничних умов із запізненням у часі τ відносно реального початку перехідного процесу. Дослідження проводилося для поршня дизеля 4ЧН12/14 при потужності Nе=75,3кВт. Встановлено, що розрахунковий рівень накопичених пошкоджень матеріалу в зоні кромки камери згоряння з урахуванням високочастотної складової є на порядок більший, ніж без урахування. Також було виконано ряд розрахунків для спрощених граничних умов Фt(τ) для зон першого та другого поршневих кілець із різною величиною запізнення в часі відносно моменту початку перехідного процесу дизеля. Автентичність запропонованих спрощень граничних умов із дотриманням концепції гарантованого забезпечення ресурсу визначалася з використанням показникавідносного розрахункового збільшення ресурсу ϕ. Значення показника ϕ наведені з урахуванням високочасто-тної складової та без неї. Результати показали, що для різного виду спрощень граничних умов вплив високочастотної складової змінюється.Так на початкових етапах проектування застосування спрощеного виду граничних умов функції керування із запізненням у часі в діапазоні 17-22 сек можливо проведення порівняльного аналізу конструкцій без врахування високочастотної складової їх температурного стану. Оскільки ці дані мають вагомість менше 1%. Для забезпечення достовірності результату, шляхом дотримання концепції гарантованого забезпечення фізичної надійності конструкцій в процесі їх проектування і доводки, урахування високочастотної складової температури в поверхневому шарі денця поршня є обов’язковим.The analysis of the literature on obtaining the control functions boundary conditions non-stationary heat conduction prob-lem piston, which allows us to estimate its resource. On the basis of the experimental study piston of the diesel 4CHN12/14 it was established that for the zones of the first and second piston rings it is necessary to have data on the control of the boundary conditions Фt(τ) for a number of transients. Considering the complexity of obtaining these functions, it is proposed to allow the simplification boundary conditions, namely the control functions Фt(τ), in determining the resource strength piston at the initial stages design. For this purpose, an instantaneous change in the boundary conditions was delayed in time relative to the real beginning transition process. The study was conducted for a piston of the diesel 4ЧН12/14 at power Nе=75,3 кВт. It is established that the estimated level of accumulated damage to the material in the zone edge combustion chamber, considering the high-frequency component, is an order of magnitude higher than without consideration. Also, a series of calculations for simplified boundary conditions Фt(τ) for the zones of the first and second piston rings with a different delay time in relation to the moment of the start of the transient process of the diesel engine was performed. The authenticity of the proposed simplifications of the boundary conditions with the observance of the concept of guaranteed resource provision was determined using the indicator of the relative estimated increase of the resource ϕ. The values of the indicator ϕ are given with and without the high-frequency component. The results showed that for various types of simplifications boundary conditions the influence of the high-frequency component varies. So,at the initial stages of designing the application of a simplified type boundary conditions control fun ction with a delay in time in the range of 17-22 sec, it is possible to conduct a comparative analysis of structures without considering the high-frequency component of their temperature state. Since these data have a weight of less than 1%. To ensure the reliability of the result, by observing the concept guaranteed assurance physical reliability structures in the process of their design and refinement, the consideration of the high-frequency component temperature in the surface layer piston rod is compulsory.