تحليل تركهاي خستگي سرسيلندر موتور ديزل با استفاده از مدل ويسكوپلاستيسيته دو لايه و درنظر گرفتن اثر ويسكوزيته

Analysis of Fatigue Cracks of Diesel Engines Cylinder Heads using a Two-Layer Viscoplasticity Model and Considering Viscousity Effects

سرسيلندر موتور ديزل بعلت بارگذاري و هندسه پيچيده آن يكي از چالش برانگيزترين قطعات موتور است. يكي از مهمترين مسايل دوام موتورهاي ديزل تركهاي ايجاد شده در پل بين دريچه ها است. هدف اين پژوهش، تحليل ترمومكانيكي سرسيلندر موتور ديزل با استفاده از الگوي ويسكوپلاستيسيته دو لايه است. نتايج تحليل ترمومكانيكي نشان داد كه ماكزيمم دما و تنش در ناحيه پل بين دو سوپاپ گاز و دود رخ مي دهد. نتايج تحليل المان محدود با آزمونهاي تجربي انجام شده در منابع كه سرسيلندر در اين ناحيه ترك خورده است، مطابقت دارد. نتايج تحليل ترمومكانيكي نشان داد كه تنش در اين ناحيه در زمان روشن بودن موتور فشاري است كه ناشي از بارگذاري حرارتي و فشار احتراق است. تنش فشاري بعد از خاموش شدن موتور به تنش كششي تبديل مي-شود كه ناشي از بارهاي همبندي است. پل بين دو سوپاپ گاز و دود تحت تنش سيكلي كششي و فشاري و درنتيجه تحت خستگي كم چرخه قرار دارد. بعد از چند سيكل تركهاي خستگي در اين ناحيه ايجاد مي شود. عمر اين ناحيه را مي توان با تحليلهاي المان محدود به جاي آزمونهاي اعتبارسنجي تعيين نمود. مقدار كرنش ويسكوز از كرنش پلاستيك بيشتر بود و مقدار آن قابل صرفنظر كردن نيست

Loading conditions and complex geometry have led the cylinder heads to become the most challenging parts of diesel engines. One of the most important durability problems in diesel engines is due to the cracks valves bridge area. The purpose of this study is a thermo-mechanical analysis of cylinder heads of diesel engines using a two-layer viscoplasticity model. The results of the thermo-mechanical analysis indicate that the maximum temperature and stress exist in the valves bridge. The results of the finite element analysis correspond with the experimental tests, carried out in references, and illustrate the cylinder heads cracked in this region. The results of the thermo-mechanical analysis show that when the engine is running the stress in the region is compressive caused by the thermal loading and combustion pressure. When the engine shuts off the compressive stress turns into the tensile stress because of assembly loads. The valves bridge is under the cyclic tensile and compressive stress and then is under low-cycle fatigue. After several cycles the fatigue cracks will appear in this region. The lifetime of this part can be determined through finite element analysis instead of experimental tests. Viscous strain is more than the plastic strain which is not negligible