DOI: https://doi.org/10.20998/DOI:10.20998/2079-0775.2019.2.05

О МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА РАБОТЫ КРОМОК КАМЕР СГОРАНИЯ ПОРШНЕЙ ФОРСИРОВАННЫХ БЫСТРОХОДНЫХ ДИЗЕЛЕЙ С УЧЕТОМ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Mykola Prokopenko, Olena Zinchenko

Анотація


В работе проанализированы существующие методики прогнозирования длительной прочности поршней быстроходных дизелей с учетом усталости, ползучести и их комплексного влияния. Показано, что на процесс ползучести материала в реальных конструкциях поршней  существенное влияние оказывает длительность цикла нагружения материала. Отмечено, что скорость ползучести материала в произвольный момент времени также зависит от ранее накопленной деформации ползучести. Параметры нагружения материала от цикла к циклу будут изменяться. Обосновано, что прогнозирование длительной и термоусталостной прочности поршней форсированных быстроходных дизелей следует осуществлять с учетом комплексного влияния усталости и ползучести на процесс накопления повреждений. Разработана методика оценки длительной и термоусталостной прочности поршня с учетом отмеченного комплексного влияния указанных процессов. Проведен анализ влияния истории нагружения поршня быстроходного дизеля на долговечность кромки камеры сгорания. Разработана методика, позволяющая прогнозировать время до разрушения кромки камеры сгорания на начальных стадиях проектирования двигателя с учетом модели его эксплуатации.

Ключові слова


температурное состояние; граничные условия; быстроходный дизель; камера сгорания; коэффициент теплопроводности; поршень; длительная прочность; модель эксплуатации

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Pylev V.A., Shehovcov A.F., A. Ramires Mittani, Prokopenko N.V. Matematicheskoe modelirovanie nakopleniya povrezhdenij polzuchesti v porshnyah bystrohodnyh dizelej pri nestacionarnyh nagruzheniyah [Mathematical modeling of the accumulation of creep damage in the pistons of high-speed diesel engines under unsteady loads] Dvigateli vnutr. sgoraniya: Mezhreg. nauchno-tehn. sbornik. Kharkov, HGPU Publ., Iss. 56–57. 1997, pp. 54-62.

Shehovcov A.F., Pylev V.A., A.Ramires Mittani, Prokopenko N.V. Sovmestnoe vliyanie malociklovoj termoustalosti i polzuchesti na dolgovechnost porshnya bystrohodnogo dizelya [The combined effect of low-cycle thermal fatigue and creep on the durability of the piston of a high-speed diesel engine] Dvigateli vnutr. sgoraniya: Mezhreg. nauchno-tehn. sbornik. Iss. 56–57. Kharkov, HGPU Publ. 1997, pp. 50–53.

Pospisil B. Standardni metodika hodnoceni pevnosti a zivotnosti tepelne energetichyh zarizeni [Standard methodology for evaluation of strength and lifetime of thermal power equipment] Strojirenstvi. 1979. no 2. pp. 84-94.

Pospishil B., Kvitka A.L., Tretyachenko G.N. i dr. Prochnost i dolgovechnost elementov energeticheskogo oborudovaniya [Strength and durability of elements of power equipment] Kyiv, Naukova dumka Publ., 1987. 215 p.

Morrow J. Dean. Internal friction, damping, and cyclic plasticity. ASTM materials science series, 8, ASTM special technical publication, 1965, no. 378, pp. 49–62.

Collins J. A. Failure of Materials in Mechanical Design: Analysis, Prediction, Prevention. John Wiley & Sons, 1983 (Russ. ed. Collins A. Povrezhdenie materialov v konstrukciyah. Analiz, predskazanie, predotvrashenie. Moscow, Mir Publ., 1984. 624 p.).

Birger I.A., Mavlyutov R.R. Soprotivlenie materialov [Strength of materials]. Moscow, Nauka Publ. 1986. 560 p.

Timohin A.V. Povyshenie rabotosposobnosti detalej kamery sgoraniya dizelej na osnove ocenki urovnya teplovoj napryazhennosti: avtoref. dis. ... doktora tehn. nauk 05.04.02:01.02.06 “Teplovye dvigateli” [Improving the operability of parts of a combustion chamber of diesel engines based on an assessment of the level of thermal tension. Abstract of a thesis dr. eng. sci. diss 05.04.02:01.02.06 “Heat engines”]. Rybinsk, 1994, 33 p.

Bachevskij A.M. Razrabotka sposoba i metodiki eksperimentalnoj ocenki termoustalostnoj prochnosti porshnej bystrohodnyh dizelej: dis. ... kand. tehn. nauk [Development of a method and methodology for experimental evaluation of the thermal fatigue strength of high-speed diesel pistons. Cand. eng. sci. diss.]. Kharkov, 1992, 229 p.

Goldenblat I.I., Bazhanov V.L., Konkov V.A. Dlitelnaya prochnost v mashinostroenii [Long lasting strength in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1977. 248 p.

.Shehovcov A.F., Abramchuk F.I., Pylev V.A. Raschetnaya ocenka termoustalostnoj prochnosti porshnej dizelej tipa SMD s uchetom polzuchesti ih materialov [Calculation of the thermal fatigue strength of SMD diesel pistons taking into account the creep of their materials] Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Kharkov, 1993, iss. 9, pp. 10–18.

Chajnov N.D., Timohin A.V., Ivanchenko A.B. Ocenka ustalostnoj dolgovechnosti porshnya transportnogo dizelya pri ciklicheskom nagruzhenii [Evaluation of fatigue life of a transport diesel piston under cyclic loading] Dvigatelestroenie. 1991, no. 11, pp. 14–15.

Shehovcov A.F. Metod raschetnoj ocenki termoustalostnoj prochnosti porshnej DVS [Calculation method for thermal fatigue strength of ICE pistons] Dvigatelestroenie. 1979, no 11, pp. 15–19.

Troshenko V.T., Sinyavskij D.P., Gorodeckij S.S. i dr. Issledovanie prochnosti materialov porshnej DVS v usloviyah ciklicheskogo i termomehanicheskogo nagruzhenij [The study of the strength of the materials of the internal combustion engine pistons under cyclic and thermomechanical loading] Problemy prochnosti. 1976, no 7, pp. 3–9.

Shehovcov A.F. Issledovanie nestacionarnyh teplovyh rezhimov porshnej perspektivnyh traktornyh dizelej: dis. ... doktora tehn. nauk [Research of unsteady thermal regimes of pistons of promising tractor diesel engines: dr. eng. sci. diss.]. Kharkov, 1978. 549 p.

Sovremennye dizeli: povyshenie toplivnoj ekonomichnosti i dlitelnoj prochnosti [Modern diesels: improving fuel efficiency and long lasting strength] / Ed. A.F. Shehovcov. Kyiv, Technika Publ., 1992. 272 p.

Kolobnev I.F. Zharoprochnye linejnye alyuminievye splavy [Heat Resistant Linear Aluminum Alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1973. 320 p.

Didenko A.M., Vahtel V.Yu., Shkurko Zh.G. Razrabotka i ispolzovanie metodov uskorennyh ispytanij [Development and use of accelerated test methods] Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Kharkov, 1989, iss. 50, pp. 30–40.

Shehovcov A.F., Pylev V.A., A.Ramires Mittani, Prokopenko N.V. Vybor i obosnovanie metodov dlya opisaniya processov polzuchesti materialov detalej kamery sgoraniya bystrohodnyh dizelej [Selection and justification of methods for describing the creep processes of materials of parts of the combustion chamber of high-speed diesel engines] Dvigateli vnutrennego sgoraniya: Mezhreg. nauchno-tehn. sbornik. iss. 56-57. Kharkov: HGPU. 1997. pp. 212–218.

Pyliov V.O. Rezultati rozrahunkovogo doslidzhennya po nakopichennyu poshkodzhen v zoni kromki kameri zgoryannya porshnya v razi jogo ciklichnogo dvorezhimnogo teplovogo navantazhennya [The results of the calculated study on the accumulation of damage in the zone of the edge of the combustion chamber of the piston in the case of its cyclic two-mode heat load]. Mizhvuz. zbirnik nauk. prac. HarDAZT, 1998, iss. 32, pp. 30–33.

Lushickij Yu.V., Kosulin A.G. Ekspluatacionnyj rashod topliva i metod ego opredeleniya [Fuel consumption and method of its determination] Dvigateli vnutrennego sgoraniya. 1985, iss. 41, pp. 96–104.

Shejchenko R.I., N. A. Tkachuk, M. A. Bondarenko, E.A. Lunev. Chislennoe modelirovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya innovacionnyh tonkostennyh mashinostroitelnyh konstrukcij [Numerical simulation of the stress-strain state of innovative thin-walled engineering structures]. Visnik Nacionalnogo tehnichnogo universitetu «Harkivskij politehnichnij institut». Kharkiv: NTU «KhPI». 2017, no. 12, рр. 137−145.

Simson E.A., Nazarenko S.A., Prevo I.D. Metody analiza i optimizacii nagruzhennyh elementov tehnologicheskih system [Methods of analysis and optimization of loaded elements of technological systems]. Visnik Nacionalnogo tehnichnogo universitetu «Kharkivskij politehnichnij institut». Kharkiv: NTU «KhPI». 2014, no 42, pp. 187–192

Neittaanmaki P., Repin S., Tuovinen T. Mathematical Modeling and Optimization of Complex Structures. Switzerland: Springer, 2016. 328 p. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-23564-6.

Tkachuk N.A., Hlan A.V., Shejko A.I. [and oth.] Razrabotka matematicheskogo apparata dlya resheniya zadach raschetnoeksperimentalnogo issledovaniya elementov mehanicheskih system [Development of a mathematical apparatus for solving the problems of computational-experimental study of elements of mechanical systems]. Visnik NTU "KhPI". Seriya: Mashinoznavstvo ta SAPR. 2017, no 12 (1234), pp. 110–131

Marchenko A.P., Tkachuk M.A., Sobol O.V. [and oth.] Innovacijni tehnologiyi kompozicijnogo zmicnennya poverhni elementiv virobiv dlya oboronnoyi ta energetichnoyi galuzej [Innovative technologies of composite hardening of the surface of elements of products for the defense and energy industries]. Mehanika ta mashinobuduvannya, 2017, no 1, pp. 234–246.

D.V. Breslavskij, V.A. Metelev, O.K. Morachkovskij. Anizotropiya polzuchesti i povrezhdaemosti elementov konstrukcij pri ciklicheskom nagruzhenii [Anisotropy of creep and damage to structural elements under cyclic loading] Problemy prochnosti. 2015, no 2, pp. 21–29.

Vorob’ev Yu.S., Ovcharova N.Yu. Vliyanie dinamicheskih svojstv materiala na skorostnoe deformirovanie elementov konstrukcij [The influence of the dynamic properties of the material on the speed deformation of structural elements] Visnik Zaporizkogo nacionalnogo universitetu. Zaporizhzhya, ZNU Publ., 2015, no 1, pp. 12–22.

Vorob'ev Yu. S., Ovcharova N. Ju. Skorostnoe deformirovanie mnogoslojnyh jelementov pri kontaktnom vozdejstvii [Speed deformation of multilayer elements under contact action] Tehnіchna mekhanіka. Dnіpro: ІTM NAN Ukraїni і DKA Ukraїni, 2016, no 3, pp. 17–24.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Пылев В.А., Шеховцов А.Ф., А. Рамирес Миттани, Прокопенко Н.В. Математическое моделирование накопления повреждений ползучести в поршнях быстроходных дизелей при нестационарных нагружениях. Двигатели внутр. сгорания: Межрег. научно-техн. сборник. Харьков: ХГПУ. 1997. Вып. 56–57. С. 54–62.

2. Шеховцов А.Ф., Пылев В.А., А. Рамирес Миттани, Прокопенко Н.В. Совместное влияние малоцикловой термоусталости и ползучести на долговечность поршня быстроходного дизеля. Двигатели внутр. сгорания: Межрег. научно-техн. сборник. Харьков: ХГПУ. 1997. Вып. 56–57. С. 50–53.

3. Pospisil B. Standardni metodika hodnoceni pevnosti a zivotnosti tepelne energetichyh zarizeni // Strojirenstvi. 1979. № 2. Р. 84-94.

4. Поспишил Б., Квитка А.Л., Третьяченко Г.Н. и др. Прочность и долговечность элементов энергетического оборудования. К.: Наукова думка, 1987. 215с.

5. Morrow J. Dean. Internal friction, damping, and cyclic plasticity. ASTM materials science series,, 8, ASTM special technical publication, 1965, no. 378, pp. 49-62.

6. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. Москва: Мир. 1984. 624 с.

7. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука. 1986. 560с.

8. Тимохин А.В. Повышение работоспособности деталей камеры сгорания дизелей на основе оценки уровня тепловой напряженности: автореф. дис. ... доктора техн. наук: спец. 05.04.02:01.02.06 «Тепловые двигатели». Рыбинск, 1994, 33 с.

9. Бачевский А.М. Разработка способа и методики экспериментальной оценки термоусталостной прочности поршней быстроходных дизелей: дис. ... канд. техн. наук. Харьков, 1992. 229 с.

10. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Конков В.А. Длительная прочность в машиностроении. Москва: Машиностроение, 1977. 248 с.

11. Шеховцов А.Ф., Абрамчук Ф.И., Пылев В.А. Расчетная оценка термоусталостной прочности поршней дизелей типа СМД с учетом ползучести их материалов. Двигатели внутреннего сгорания. Харьков.1993. Вып. 9. С. 10-18.

12. Чайнов Н.Д., Тимохин А.В., Иванченко А.Б. Оценка усталостной долговечности поршня транспортного дизеля при циклическом нагружении. Двигателестроение, 1991. № 11. С. 14–15.

13. Шеховцов А.Ф. Метод расчетной оценки термоусталостной прочности поршней ДВС // Двигателестроение, 1979. №11. С. 15-19.

14. Трощенко В.Т., Синявский Д.П., Городецкий С.С. и др. Исследование прочности материалов поршней ДВС в условиях циклического и термомеханического нагружений. Проблемы прочности. 1976. №7. С. 3–9.

15. Шеховцов А.Ф. Исследование нестационарных тепловых режимов поршней перспективных тракторных дизелей: дис. ... доктора техн. наук. Харьков, 1978. 549 с.

16. Современные дизели: повышение топливной экономичности и длительной прочности / Под ред. А.Ф. Шеховцова. К.: Изд-во «Техника», 1992. 272 с.

17. Колобнев И.Ф. Жаропрочные линейные алюминиевые сплавы. Москва: Металлургия, 1973. 320 с.

18. Диденко А.М., Вахтель В.Ю., Шкурко Ж.Г. Разработка и использование методов ускоренных испытаний. Двигатели внутреннего сгорания. 1989. Вып.50. С. 30–40.

19. Шеховцов А.Ф., Пылев В.А., А. Рамирес Миттани, Прокопенко Н.В. Выбор и обоснование методов для описания процессов ползучести материалов деталей камеры сгорания быстроходных дизелей. Двигатели внутреннего сгорания. Межрег. научно-техн. сборник. Харьков: ХГПУ. 1997. Вып. 56-57. С. 212-218.

20. Пильов В.О. Результати розрахункового дослідження по накопиченню пошкоджень в зоні кромки камери згоряння поршня в разі його циклічного дворежимного теплового навантаження. Міжвуз. збірник наук. праць. ХарДАЗТ, 1998. Вип. 32. С. 30–33.

21. Лущицкий Ю.В., Косулин А.Г. Эксплуатационный расход топлива и метод его определения. Двигатели внутреннего сгорания. 1985. Вып.41. С. 96–104.

22. Шейченко Р.И., Ткачук Н.А., Бондаренко М.А., Лунев Е.А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния инновационных тонкостенных машиностроительных конструкций. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Харків: НТУ «ХПІ». 2017. № 12. С. 137−145.

23. Симсон Э.А., Назаренко С.А., Прево И.Д. Методы анализа и оптимизации нагруженных элементов технологических систем. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Харків: НТУ «ХПІ». 2014. № 42. С. 187–192

24. Neittaanmäki P., Repin S., Tuovinen T. Mathematical Modeling and Optimization of Complex Structures. Switzerland: Springer, 2016. 328 p. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-23564-6.

25. Ткачук Н.А., Хлань А.В., Шейко А.И. [и др.] Разработка математического аппарата для решения задач расчетно-экспериментального исследования элементов механических систем. Вісник НТУ "ХПІ". Серія: Машинознавство та САПР. Харків: НТУ "ХПІ", 2017. №12 (1234). С. 110–131.

26. Марченко А.П., Ткачук М.А., Соболь О.В. [и др.] Інноваційні технології композиційного зміцнення поверхні елементів виробів для оборонної та енергетичної галузей. Механіка та машинобудування, 2017, №1. С. 234–246.

27. Бреславский Д.В., В.А. Метелев, О.К. Морачковский. Анизотропия ползучести и повреждаемости элементов конструкций при циклическом нагружении. Проблемы прочности. Киев. 2015. №2. C. 21– 29.

28. Воробьев Ю.С., Овчарова Н.Ю. Влияние динамических свойств материала на скоростное деформирование элементов конструкций // Вісник Запорізького національного університету. Запоріжжя: ЗНУ, 2015. № 1. С. 12–22.

29. Воробьев Ю.С., Овчарова Н.Ю. Скоростное деформирование многослойных элементов при контактном воздействии. Технічна механіка. Дніпро: ІТМ НАН України і ДКА України, 2016, № 3. С. 17–24.





ISSN 2079-0775. Вісник Національного Технічного Університету «ХПІ».