ارزيابي عمر خستگي حرارتي مكانيكي قطعات گرم موتور ديزل

Thermo-Mechanical Fatigue Life Assessment of Diesel Engine Hot Components

بسياري از قطعات مكانيكي موتور خودرو و سازه هايي كه در نيرو گاه ها، صنايع پتروشيمي، هوايي و غيره به كار مي روند، تحت بارگذاري هاي نوساني مختلف مكانيكي و حرارتي قرار دارند. خستگي حرارتي- مكانيكي مهم ترين عامل شكست در اين گونه قطعات است. بنابراين بررسي روش هاي مختلف ارزيابي عمر خستگي حرارتي مكانيكي از اهميت زيادي برخوردار است. وقتي قطعات تحت چرخه هاي حرارتي دما داغ و بطور هم زمان تحت چرخه هاي كرنش مكانيكي قرار مي گيرند، فرايند خستگي حرارتي مكانيكي منجر به ايجاد آسيب هاي ريز ساختاري و نهايتاً شكست قطعه مي گردد. در اين مقاله روند كامل ارزيابي عمر خستگي حرارتي مكانيكي در قطعات گرم موتور ديزل بررسي شده است. در بررسي خستگي پرچرخه، اثر تنش ميانگين با استفاده از نمودار هيگ مورد توجه قرار گرفته است. در محاسبه عمر خستگي كم‌چرخه از نظريه هاي مختلف ارزيابي عمر خستگي كم‌چرخه استفاده شده است و نتايج بدست آمده از آن ها با يكديگر مقايسه شده است. تقريباً تمام قطعات موتور تحت بارگذاري چند محوري قرار دارند كه اين بارگذاري ها مي توانند به صورت تناسبي و يا غير تناسبي باشند. در بارگذاري غير تناسبي يك سخت شوندگي چرخه‌اي اضافي در ماده اتفاق مي افتد. نظريه هاي خستگي كم‌چرخه مبتني بر ديدگاه صفحه بحراني، براي در نظر گرفتن اثرات اين سخت شوندگي چرخه‌اي اضافي بر كاهش عمر قطعه مناسب هستند. هم چنين اثر خستگي پرچرخه بر خستگي كم چرخه نيز مطالعه شده است. در نهايت از روند ارزيابي عمر ارايه شده براي بدست آوردن عمر خستگي حرارتي مكانيكي سمبه يك موتور ديزل سنگين استفاده شده است.

Most of mechanical components of automobile engine and structures applied in powerhouses, petrochemical and aviation industries are subjected to different kinds of cyclic loadings, such as low cycle fatigue (LCF) stresses at high temperatures. Thermo-mechanical fatigue is the dominant cause of fracture in these components. Therefore, investigation of different thermo-mechanical fatigue life assessment methods of these components is very necessary. When a component is subjected to high temperature thermal cycles and mechanical strain cycles simultaneously, the thermo-mechanical fatigue process leads to micromechanical damage and final fracture of the component. In this study a precise procedure for the Thermo-mechanical fatigue life assessment of hot diesel engine components is investigated. In high cycle fatigue assessment, the effect of mean stress is considered using Haigh diagram. Different LCF life assessment methods have been used to investigate LCF life and their results are compared to each other. Almost all of the engine components are subjected to proportional or non-proportional multiaxial loadings. The non-proportional loading leads to an additional cyclic hardening in the material. Critical plane LCF theories are appropriate for consideration of the additional cyclic hardening effect on the fatigue life reduction of the component. Effect of high cycle fatigue on low cycle fatigue life reduction is also studied. Finally, the discussed thermo-mechanical fatigue life assessment process is used to estimate thermo-mechanical fatigue life of a diesel engine piston.