автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Исследование и прогнозирование долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания

На правах рукописи

Глинкин Сергей Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Специальности: 05.02.02 - «Машиноведение, системы приводов и детали машин», 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О

Владимир 2010

003493527

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гоц Александр Николаевич

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Иванченко Александр Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белевич Александр Викторович

доктор технических наук, профессор Фомин Валерий Михайлович

Ведущее предприятие: ОАО «НИКТИД», г.Владимир

Защита диссертации состоится «У6_» /УодТсг 2010 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д212.025.05 при ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет» по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, 1 корп., аудитория №211.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Владимирского государственного университета. Автореферат размещен на сайте университета www.vlsu.ru

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба высылать по адресу: 600000, г.Владимир, ул. Горького, 87, ученому секретарю совета, тел. (4922) 47-99-28, факс (4922) 53-25-75, email: sim_ve@nm.ru

Автореферат разослан « 4S » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Е.А. Новикова

ОБЩИЕ ПО АВТОРЕФЕРАТУ СОКРАЩЕНИЯ

КС - камера сгорания; ГУ - граничные условия;

КЭ - конечный элемент; БТС - безмоторный тепловой стенд;

КЭМ - конечноэлементная модель; ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

МКЭ - метод конечных элементов; КИН - коэффициент интенсивности напряжений;

ТНДС - тепловое напряженно-деформированное состояние.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Настоящий этап развития ДВС характеризуется высокими темпами роста их удельных показателей, например, литровой и поршневой мощностей, что приводит к существенному возрастанию тепловой и механической нагруженности деталей, образующих КС (поршень, гильза, головка цилиндров и т.д.). Теплонапряженные детали двигателя имеют, как правило, сложную геометрическую форму, а их отдельные элементы находятся в тепловом, силовом и кинематическом взаимодействии. При проектировании, расчете и доводке двигателя необходим более полный и точный учет всех величин, определяющих надежность и ресурс. На неустановившихся режимах, характерных для эксплуатации большинства современных двигателей, напряженность поршня меняется во времени, что приводит к появлению усталостных трещин в кромке его КС. В первую очередь это относится к КС полуоткрытого типа. Появление трещины и рост ее до критической длины часто приводит к разрушению кромки КС. Это обстоятельство вызывает необходимость уточнения существующих методик расчета остаточного ресурса, а также разработки новых, с учетом возможности прогнозирования долговечности при наличии трещин. В связи с этим, исследование скорости развития трещины и разработка расчетно-экспериментальной методики, позволяющей прогнозировать долговечность при наличии трещины в кромке КС поршней ДВС, является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является проведение расчетно-экспериментальных исследований, а также разработка на их основе методики расчета долговечности поршней при наличии трещины в кромке КС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- исследовать влияние геометрических размеров КС на долговечность поршня на основании результатов расчетных исследований;

- провести численную оценку влияния перепада температуры (на поверхности поршня), давления газов, толщины сечения и длины трещины на КИН, а также разработать на основе полученных экспериментальных и расчетных данных математическую модель КИН;

- создать БТС для проверки адекватности расчетных результатов и провести ускоренные испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения;

- выявить, сформулировать и описать закономерности изменения скоростей развития усталостных трещин в зависимости от эксплуатационных и конструктивных факторов;

- разработать расчетно-экспериментальную методику прогнозирования долговечности поршня при наличии трещины в кромке КС.

ч

Методы исследований. Поставленная в работе цель достигалась с помощью МКЭ, компьютерного моделирования и программ Pro/ENGINEER, Solid-Works/CosmosWorks, Ansys Mechanical, MATLAB, Statistica, Microsoft Visual Studio, а также результатов экспериментальных исследований. Экспериментальная часть работы заключалась в проверке соответствия результатов, полученных по разработанной методики, с экспериментальными данными, полученными на созданном БТС.

Научная новизна работы заключается в:

- предложенной комплексной методике прогнозирования термоусталостной долговечности, включающей расчет остаточного ресурса поршня с полуоткрытой КС при наличии трещин на поверхности кромки;

- выявленных закономерностях изменения вдоль фронта трещины полей напряжений и деформаций в зависимости от условий нагружения, а также длины трещины;

- разработанной математической модели КИН, учитывающей действие давления газов, температурного перепада, длины трещины и геометрических размеров поршня;

- разработанном методе определения критической длины трещины. Достоверность и обоснованность научных положений работы обу

славливается:

- применением уравнений механики твердого тела для анализа особенностей процессов усталостного разрушения;

- использованием сертифицированных средств измерений и оборудования, а также апробированных компьютерных программ;

- подтверждением расчетных результатов экспериментальными данными и совпадением численных решений с имеющимися данными других исследователей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- комплексная методика прогнозирования долговечности поршней, включающая расчет долговечности при наличии трещин на поверхности кромки КС;

- метод определения критической длины трещины;

- математическая модель КИН в поршне при действии перепада температур на поверхности КС и давлении газов.

Практическая ценность исследования заключается в том, что предложенная расчетно-экспериментальная методика позволяет прогнозировать усталостную долговечность поршней при наличии трещины и минимизировать отказы по усталостным разрушениям. Создан комплекс программ, позволяющий проводить расчеты КИН для конструкций поршней различной геометрической формы. Создан БТС, позволяющий проводить испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения.

Реализация работы. Полученные в работе результаты переданы в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод» и в ОАО АК «Туламашзавод» для применения при проектировании поршней, а также включены в учебный процесс для проведения занятий по курсу «Конструирование ДВС» на кафедре

«Тепловые двигатели и энергетические установки». БТС используется для проведения лабораторных занятий на той же кафедре.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались на: аспирантских семинарах кафедры ТДиЭУ ВлГУ в 2005, 2008 г.г., международных научно-технических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей» (Владимир, ВлГУ, 2005,2009 г.), «Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы» (Санкт-Петербург, 2009), Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009» (Москва, МАМИ, 2009 г.), Ш-й Всеукраинской научно-технической конференции «Сучасш проблема двигунобудування: стан, ¡дeï, ранения» 21-22 травня 2009 року. Украина, Первомайськ, 2009; «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, ВлГУ, 2009).

Публикации. Результаты работы опубликованы в 9 печатных статьях, две из которых входят в перечень журналов, рекомендуемых ВАК РФ. Одна статья опубликована за рубежом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и 4 приложений. Общий объем работы составляет 172 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 22 таблицы и приложение на 27 страницах. Список литературы включает 136 наименований работ отечественных и иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко охарактеризовано состояние задачи и показана ее актуальность. Сформулировано общее направление исследований.

В первой главе проведен анализ условий нагружения поршней, причин образования трещин, методов повышения термостойкости поршней. Описаны существующие БТС для изучения термостойкости поршней. Рассматриваются и анализируются особенности методик оценки теплонапряженности и циклической прочности поршней, а также основные модели усталостного роста трещин.

Режимы работы двигателя обуславливают различное сочетание тепловой и механической нагрузки на детали цилиндропоршневой группы, что во время эксплуатации приводит к неравномерному распределению температуры и напряжений в объеме поршня. Такие особенности нагружения поршней являются следствием непрерывного чередования циклов, в течение каждого из которых изменяется в широких пределах давление и температура газов в цилиндре, скорость перемещения газовых потоков и активная поверхность теплообмена. Области с высокой тепловой и механической напряженностью испытывают циклические упругопластические деформации. Именно термические нагрузки приводят к образованию трещин на кромках поршней с полуоткрытыми КС. Такие конструкции характерны для поршней с камерами сгорания типа ЦНИ-ДИ, ЯМЗ. Дейтц, МАН и др.

Анализ параметров теплонапряженности поршней, предложенных В.П. Беловым, Б.Я. Гинцбургом, А.Г. Давыдовым, А.Б. Иванченко, H.A. Иващенко, Р.З. Кавтарадзе, А.К. Костиным, C.B. Папоновым, В.М. Фоминым, Н.Д. Чай-новым и др. исследователями показал, что при прогнозировании ресурса не-

достаточно оперировать лишь физико-механическими свойствами материала и показателями рабочего цикла. Необходимость уточнения состоит в учете индивидуальных конструктивных особенностей расчетной модели.

Проведенный анализ существующих расчетно-экспериментальные методик оценки долговечности поршней, показал, что данные методики не позволяют проводить прогнозирование остаточного ресурса поршней, поскольку в расчете используются поправочные коэффициенты, получаемые на основе экспериментальных данных. Такие коэффициенты имеют достаточно большой разброс значений и определены для небольшого ряда поршней. Естественно, что прогнозирование долговечности поршней не может быть эффективно проведено с помощью такого подхода. Особенно это важно при проектировании новых конструкций поршней, когда экспериментальных данных недостаточно. Поэтому оценка остаточного ресурса должна проводиться с учетом геометрии модели и условий нагружения с позиций механики разрушения, основы которой были заложены в работах А. Гриффитса, П.Париса, Н.А.Махутова, Дж. Ирвина и других исследователей.

С учетом проведенного обзора существующих методик анализа была сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй главе описываются теоретические основы расчетной методики прогнозирования долговечности поршней при наличии трещины в кромке КС.

Представим методику расчета в виде структурной блок-схемы (рис.1).

На первом этапе разрабатывается трехмерная модель поршня (например, с помощью программ SolidWorks, Cat i a, Pro/Engineer и др.), назначаются ГУ, определяются циклы нагружения, выбираются физико-механические характеристики материала, строится конечноэлементная сетка.

Изменение теплового состояния поршней в процессе эксплуатации обусловливает необходимость решения нестационарной задачи теплопроводности. При расчете ТНДС моделируется цикловое изменение ГУ 3-рода (цикл нагружения). Для каждого шага расчета тепловое взаимодействие поверхностей поршня с окружающей средой описывается выражением:

= (1)

on

где а, Вт/(мг-К) - коэффициент теплоотдачи с окружающей средой на поверхности поршня; Т, Тт - температура в определенной точке поршня и температура окружающей среды над этой точкой, °К; X - коэффициент теплопроводности материала поршня (Вт/(м-К')).

(Подготовка исходных данных: Л

геометрия модели, материал, ГУ, никл нагружения. КЭМ )

( Решение нестационарной задачи теплопроводности )

(Определение напряженно-деформированного состояния)

(оценка усталостной долговечности кромки КС поршня)

( Расчет критической длины трещины в поршне )

( Оценка остаточного ресурса поршня )

( Анализ результатов )

Рис. I Блок-схема расчета поршней на долговечность при наличии трещины

Такой цикл нагружения эквивалентен условиям нагружения поршня при эксплуатации двигателя на режимах номинальной мощности и минимальной частоты вращения холостого хода (XX). Для этих режимов производится расчет ГУ.

В качестве исходного уравнения для численного определения коэффициентов теплоотдачи на поверхности КС поршня используется критериальное уравнения Г. Вошни и Г. Хохенберга. Расчетные величины а, полученные в ходе вычисления коэффициентов теплоотдачи на поверхности поршня, уточняются по результатам термометрирования, проведенного в ходе моторных экспериментов. Такой подход позволяет получить результаты, адекватные экспериментальным.

Второй этап методики состоит в определение распределения температуры в объеме поршня и осуществляется с помощью решения системы дифференциальных уравнений с помощью МКЭ:

[С®+ №}+{*■} = 0, (2)

ст

где {г}- вектор-столбец температуры; [с]- матрица теплоемкости; [£] - матрица теплопроводности; {/г}- вектор тепловой нагрузки.

Определив распределение температуры в поршне в течение цикла нагружения, проводим расчет ТНДС поршня (третий этап). В качестве нагрузок выступают температурные градиенты, возникающие при тепловом нагружении поршня. При использовании МКЭ решается система линейных уравнений, которая в матричной форме имеет вид:

№}={«}, (3)

где [а'] - матрица жесткости КЭМ; {£/}- вектор узловых перемещений КЭМ; {п} - вектор узловых нагрузок.

На четвертом этапе, решение задачи ТНДС поршня позволяет определить компоненты тензора напряжений, после чего вычислить эквивалентную амплитуду напряжений в кромке КС на основании гипотезы Губера-Мизеса-Генки:

= ~ °у» )2 + (а- )'" + _ а - )2 + 6(т ^ + т у» + т « ) №

где амплитуды переменных нормальных и касательных

напряжений, получаемые при двухрежимном нагружении поршня, МПа.

При решении задачи об определении ТНДС поршня используется модель материала с упругими деформациями. Оценка усталостной долговечности проводится с привлечением принципа Нейбера и уравнений Кофина-Мэнсона. Допустимое число циклов определяем с помощью зависимости:

Ы'

е., 6 ,

у'1

Ь г

(5)

где стаГ - амплитуда напряжений, рассчитанная в упругой постановке; Е - модуль упругости материала, МПа; s„.,„ - амплитуда неповреждающей пластической деформации; ау,е/~ коэффициенты, соответственно циклической прочности (МПа) и пластичности в уравнении Морроу; Ъ,с — показатели, соответст-

веняо циклической прочности и пластичности в уравнении Морроу; т - показатель, зависящий от условий нагружения; NP-разрушающее число циклов.

Для решения уравнения (5) по NP используется итерационный численный метод Ньютона-Рафсона. Зависимость (5) позволяет установить количество циклов нагружения, после которого возникает микротрещина.

Пятый этап методики - прогнозирование остаточного ресурса поршня при наличии трещины в кромке КС. Основной частью решения задачи о трещине в рамках механики разрушения является определение КИН и его зависимости от длины трещины, а также условий нагружения. При определении численных значений КИН использовался МКЭ. В вершине трещины КИН определялся по полю перемещений и пересчетом через энергетический J-интеграл.

Для выполнения численных расчетов КИН была разработана программа на языке APDL (Ansys Programming Design Guide), которая была предварительно протестирована на классическом примере - круглой пластинке постоянной толщины с центральным отверстием под действием внутреннего давления с трещиной на отверстии.

Проведенные расчеты подтвердили адекватность разработанной программы. Апробированная программа была модифицирована для вычисления КИН КЭМ поршневой головки с трещиной на кромке КС, которая показана на рис.2,а. КЭМ поршня с трещиной содержала 140... 150 тыс. КЭ.

Определение полей деформаций и напряжений в объеме поршня при действии тепловых и механических нагрузок было произведено раздельно. Расчет ТНДС модели поршня был произведен для различных длин трещин Ln> (мм), которым также соответствовало различное давление газов р2 (МПа) и радиальный перепад температур AT,К (рис.2,б).

Рис.2 КЭМ головки поршня с трещиной (а) и радиальный перепад температур (б) На рис.3-6 приведены результаты расчетов КИН при действии давления газов р, (Па), а на рис.7-10 при действии температурного перепада АТ(К).

При действии давления газов р- на модель поршня с трещиной было установлено, что при увеличении нагрузки график изменения КИН имеет нелинейный характер. Максимальное значение КИН имеет на поверхности головки поршня.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 Ц,.мм

Рис.3 Изменение КИН в зависимости от длины трещины и давления газов

КИН, МПаЛГ Г^-П

1.6

1,4

1,2

1 \ ( д——1.атк=1.17Т -.414. " 0,8"••••*•• —?

0.6 ;......................

°>4 ■ п^тат- .

Рис.9 Изменение КИН вдоль фронта трещины при АТ=72К

Рис. 5 Изменение КИН вдоль фронта трещины прир: =/5.7 МПа

КИН, М1Шм 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

0 2 4 в 8 10 12 14 Ц» мм

Рас. 7 Зависимость КИН от длины трещины и тепловой нагрузки

КИН, МПа/м

15 -----

. »ц.ч.а 5 ^ ¿-гр,мм

Рис.4 Диаграмма зависимости КИН от длины трещины и давления газов

КИН, МПа^м

1

__ ______ ,,, 5

ЛТ, К uLtp,mm

Рис.8 Диаграмма зависимости КИН от длины трещины и тепловой нагрузки

4 6 8 10 12 14

иш--------------

КИН,

5

Loth q '15 10 Ltp.mm

Рис. 10 Диаграмма изменения КИН вдоль фронта трещины в зависимости от ее длины (АТ=72 К)

10 15

loth 1 ь ltp.mm

Рис. 6 Диаграмма изменения КИН вдоль фронта трещины в зависимости от ее длины (р: =15,7 МПа)

6

8

КИН,

При действии перепада температур ЛТ величина КИН почти на порядок выше, чем при действии р2, что обусловлено превалирующим действием температуры на напряженное состояние поршня. В обоих случаях КИН имеет неравномерное распределение вдоль фронта трещины Ь0тн{рис.5-6 и рис.9-10). что связано с различным напряженным состоянием по толщине поршня. На поверхности напряженное состояние близко к плосконапряженному, тогда как в середине фронта наблюдаются условия плоской деформации.

На рис.11 представлены поля интенсивности напряжений а, в кромке при действии давления газов рх.

5...10 МПа

23...27 МПа

кг _ 7...12 МПа • \ 12.,.15 МПа

......

3...8 МПа

5 МПа 10...15 МПа

12 МПа \ 12.

1...2 МПа 11....13 МПа-**"

\

14...17

Рис. 11 Распределение интенсивности напряжения в поршне с трещиной в кромке КС (Па)

Полученные результаты позволяют определить математические модели для расчета КИН, которые будут учитывать текущую длину трещины и условия нагружения.

Значение КИН при изменениир,_ и АТможно определить по формуле:

К=а + Ь-Ьгр+с-ЬП?, (6)

где а = (о,19164 + 0,10244 • АТ - 0,0389 ■ р= - 0,00037 • ЛГ2 + 0,00002 ■ р/), 6 = (- 0,2983 + 0,037655 ■ АТ - 0,00964 • рг - 0,00025 ■ ДГ2 - 0,00011 ■ р.2), с = (0,02865 5 - 0,002495 • АТ + 0,00044 р,+ 0,000017 • АТ:1 + 0,000009 ■ р;).

Погрешности при определении КИН по полученным математическим моделям не превышают 7%.

Для учета влияния пластичности материала на критическую длину трещины была введена поправка. Она состоит в том, что пластические деформации, существующие у вершины трещины, вызывают некоторое изменение в распределении напряжений. Численное решение серии задач о трещине с различными длинами в упругопластической постановке позволило установить размеры зоны пластичности. На основе этих расчетов была определена поправка на пластичность. Таким образом, при расчете остаточного ресурса критическую длину трещины необходимо условно увеличить на размер пластической зоны.

В расчетно-теоретической части работы предложен метод определения критической длины трещины, основанный на решении задачи ТНДС поршня с несколькими трещинами в кромке КС. Подход к определению критической длины трещины основан на том, что существует зависимость интенсивности напряжений на поверхности кромки КС (между берегами двух рядом расположенных трещин), от величины их длин. В результате численного расчета было установлено, что при определенной длине близлежащих трещин в кромке КС, наблюдается резкое повышение интенсивности напряжений. При пре-

вышении величины интенсивности напряжений свыше предельного значения (например, предела текучести материала), после ряда циклов изменения напряжений, в кромке КС возникает трещина. Подобный численный эксперимент позволяет установить расчетным путем критическую длину трещины.

В третьей главе представлены результаты численной реализации методики прогнозирования долговечности поршней на примере поршней тракторного дизеля Д240 (4ЧН 11/12,5) с различными геометрическими параметрами. В ходе расчетов варьировался угол наклона образующего конуса и радиус скругле-ния кромки КС (рис.12).

1 -й вариант 2-й вариант

3-й вариант

4-й вариант

Я!

5-й вариант

6-й вариант

Рис.12 Расчетные варианты поршней Результаты расчета приведены на рис. 13-14. Кромка КС подвержена циклическому изменению температурного режима. Размах температурных колебаний, возникающий при переходе с режима XX на режим номинальной мощности, составил 120..150 °С.

_ СЙ.МПа

ВИЯ--ра. ж> ^ лмшжят Ш1И11 , _ 98

(360) 360 I

Ж - 320 ВЖЭ - 83

Рис. 13 Распределение температуры в поршне двигателя Д-240 при работе на режиме номинальной .мощности

Рис. 14 Распределение интенсивности напряжений в поршне двигателя Д-240 на режиме номинальной мощности

Изменение температуры в кромке КС в течение цикла термонагружения представлено на рис.15, а на рис.16 показано изменение главных напряжений, обусловленное температурными перепадами. Отмечаются резкие скачки напряжений в кромке КС с повышенной амплитудой напряжений.

О"

0 45 90 135 180 225 270 315 Х.с

Рис. 15 Изменение температуры поршня в течение цикла термонагружения в результате моделирования

135" 180 225 276 " 315 "т,с

Рис.16 Изменение главных напряжении на кромке КС в течение цикла термонагружения

Результаты расчетов усталостной долговечности для приведенных конструктивных исполнений поршней (рис.12) приведены в табл.1. В этой же таблицы приведены результаты моторного эксперимента. Отмечается удовлетворительное совпадение с результатами моделирования.

Таблица 1

Результаты расчетов долговечности поршней

Номер tmax <*2 <*3 CTi a, Б ym 6 ПЛ Npucq Njiccnep (ресурсные испытания)

варианта train <T| Gl СГз <s> 103 ■I03

1 350 0,125 -0,004 -0,284 0,363 42,6 0,942 0,171 2759

245 0,29 -16,86 -92,27 73,53 4400±1940

2 357 0,01 -0,16 -10,28 10,2 39,9 0,868 0,138 4468

249 о,' -18,79 -97,54 89,7

3 342 -0,01 -0,021 -4,596 4,852 38,5 0,785 0,120 6297 6567*1707

245 0,12 -19,94 -89,56 81,52

4 365 0,00 -0.25 -16.18 16,05 45,6 1,10 0,218 1650

257 0,007 -14,69 -113.9 107,3 1470±333

5 362 0,002 -0,139 -14,85 14,78 46,0 1,07 0,219 1631

255 0,326 -10,47 -111,5 106,8

fi 350 0,022 0,000 -2,246 2,258 37,0 0,826 0,110 7904 6567±1707

Примечание

1»»*. и-. - максимальная и минимальная температура цикла, °С; - главные напряже-

ния и интенсивность напряжений цикла при соответствующей температуре, МПа; а,- амплитуда приведенного напряжения при соответствующей температуре, МПа; £я„, сп, -суммарная и пластическая деформация в течение цикла; Ырасч, Ыэкспер - расчетное и экспериментальное значение долговечности кромки КС, цикл.

После определения количества циклов до момента возникновения трещины длиной 0,5... 1 мм был проведен расчет остаточного ресурса.

В качестве исходных данных для расчета остаточного ресурса принимались: начальная длина трещины - Ьтро =0,5 мм; критическая длина трещины выбиралась исходя из величины пластических деформации у вершины трещи-

ны (ввод поправки на пластичность). Например, критическая длина трещины принимается ЕТрс =12 мм, с учетом поправки на пластичность =15 мм; максимальное давление сгорания в цилиндре двигателя - рг=15 МПа\ перепад температур на поверхности поршня - ЛТ=90 К.

Учитывая взаимное влияние давления газов и температурного перепада при росте трещины, остаточный ресурс поршня с трещиной в кромке КС определяли по следующей формуле:

^¡ют» = / о^л > (7)

га

где Л" - КИН, как функция трещины, давления р2 перепада температур ЛТ; С -функция, зависящая от вида цикла нагружения, уровня напряжений, свойств материала, рабочей температуры и т.д.; игеи и 1„с - пределы роста трещины; п - эмпирический коэффициент (п=2.. .7).

Долговечность N поршня, включающая развитие трещины, была подсчитана по формуле:

Х = (8)

где Л'о - число циклов нагружения до появления трещины длиной 0,5... 1 мм, Кхш - коэффициент учитывающей геометрию КС поршня (Куаг = 0,9. ..2,5).

Таким образом была рассчитана суммарная долговечность поршня с КС полуоткрытого типа ЦНИДИ, которая учитывала рост трещины.

Таблица 2

Сравнение результатов моделирования развития

трещины с экспериментальными данными_

Длина трещины, мм Угол наклона образующего конуса (рис. 12)

45» 50° 60°

Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет

1 950 920 1500 1510 1200 1242

3 1200 1191 1900 1933 1750 1793

5 1400 1450 2500 2339 2200 2319

7 2000 1737 2800 2788 3000 2902

8 2100 1873 3000 3000 3400 3179

9 2300 2011 3100 3216 3600 3459

10 2400 2148 3500 3431 3800 3737

12 2650 2421 3800 3858 4300 4292

15 3000 2831 4900 4499 - -

В результате сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными, в том числе с данными для моторного эксперимента, было установлено, что для данного диапазона длин трещин и числа циклов погрешность вычислений не превышает 11 %. В качестве данных моторного эксперимента были использованы результаты испытаний поршней на термоусталостную прочность, полученные в НИКТИД. Незначительная величина погрешности расчета подтверждает эффективность разработанной методики.

Четвертая глава посвящена проверке адекватности разработанной методики и безмоторным экспериментальным исследованиям скорости развития трещины в поршне с КС типа ЦНИДИ. Экспериментальные исследования проводились на созданном БТС (рис.17) с целью определения предельного числа циклов, после которых возникала трещина длиной 0,5... 1 мм, поршней двигателя Д-240, а также выявления скорости развития трещины в поршне.

Объектами экспериментальных исследований являлись образцы поршней тракторных дизелей Д-240 (4ЧН 11/12,5). Целью эксперимента являлось определение момента возникновения трещины, и поэтому при выборе экспериментального образца было наиболее рационально использовать не весь поршень, а лишь его головку (рис.18), являющейся основным элементом, подвергающимся термоциклическим разрушениям.

Созданный БТС состоял из газового баллона 1, который связан с газовой горелкой 11 через понижающей редуктор (на рис. не обозначен) и шланг подвода газа 2, с установленным на нем регулятором расхода газа. Исследуемый поршень 10 закреплен на тележке 8, которая движется по направляющей 9. Движением тележки управляет мотор-редуктор 3, питаемый источником напряжения 6. через кривошипно-шатунный механизм 13. Мотор-редуктор 3 питается от источника питания 6 и управляется блоком-реле автоматического управления 15, который соединен с персональным компьютером 4 (рис.19). Измерение температуры осуществляется с помощью потенциометра 7. Охлаждение поршня осуществляется путем распыливания охлаждающей жидкости через форсунку 14, а отвод жидкости

б)

Рис. 17 Схема безмоторного стенда: а - компоновка: б - вид основного узла нагрева-охлаждения

Рис.18 Препарированный образец головки поршня

организован через канал 12. Весь стенд монтировался на жестком основании 5.

Созданный стенд (рис.19) позволяет задавать произвольный по продолжительности режим термоциклического нагружения поршня с помощью окна ввода (рис.20). При этом исследуемый образец, помещенный на тележку, положение которой изменяется по циклическому закону с течением времени, подвергается нестационарному термоциклическому на-гружению (пилообразный цикл) (рис.21).

С целью сокращения времени эксперимента и интенсификации процессов накопления повреждений, возникающих в ходе термо-циклирования, был выполнен ряд мероприятий, которые позволили:

- увеличить частоту приложения нагрузки на поршень (сокращение времени цикла нагружения);

- увеличение диапазона температур между минимальным и максимальным значением температуры цикла нагружения;

увеличение радиального перепада температуры по днищу поршня с помощью локального охлаждения кромки КС;

Контроль нагружения осуществлялся по показаниям термоэлектрических преобразователей, вмонтированных в головку поршня (рис.18).

В ходе испытаний время цикла термонагружения составило 42 секунды. Температура кромки КС за период цикла была подвержена колебанию температуры от 225 °С до 375 °С (рис.21).

Рис. 19 Внешний вид БТС

тиг1м1йггат1пим1йг)1|г11

Рис. 20 Интерфейс программы управления временем цикла

Рис. 21 Изменение температуры характерных точек поршня в цикле термонагружения. 1,2,3,4,5 и 6 — соответственно точки показывающие местоположение терлюпар. Радиальное расстояние от кромки, соответственно 1-е 1-2 мм от кромки КС; 2- в 10 мм; 3- в 15 мм: 4- в 25 мм; 5- в 35 мм; 6— термопара на противоположной днищу стороне

v-103, (им/цикл)

1.8 1.6 1.4 1.2 1,0 0,8 0,6

2,5

Регистрацию развития трещин проводили через каждые 50...250 циклов, в зависимости от интенсивности их роста. Кроме регистрации текущей длины трещин регистрировалось и их пространственное расположение. По результатам экспериментальных исследований была составлена диаграмма скорости развития трещины в

N■10 ,цикл

Рис.22 Скорость распространения усталостной трещины в поршне с КС ЦНИДИ при испытании на БТС поршне (рис.22). Эта диаграмма позволяет оценить неравномерность скоростей роста трещины по мере ее роста, что связано с переменным сечением КС поршня. На рис.23 приведены типичные трещины в кромке КС, возникшие в экспериментальном образце поршня.

Проведенные безмоторные испытания представляли собой ускоренные испытания.

После проведения экспериментальных исследований было проведено сравнение численных и экспериментальных результатов. Рассчитанное среднее значение количества циклов, при котором Ln>=0,5... 1 мм составило 720 циклов. По данным эксперимента и результатам статистической обработки для среднего значения долговечности поршня с заданной вероятностью 0,95 получили интервал -N=675+152 циклов. Статистическая обработка экспериментальных результатов показала, что расчетные и экспериментальные данные достаточно точно согласуются и имеют расхождение Трещины на поверхности КС не более 25%.

Рис.23 Трещины на кромке КС поршня, возникшие в ходе эксперимента

Результаты, полученные экспериментальным путем на созданном БТС, в достаточной степени согласуются с данными моторного эксперимента (с учетом коэффициента ускорения) и результатами численных экспериментов, что является надежным критерием достоверности разработанной методики прогнозирования долговечности поршней ДВС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования по прогнозированию долговечности поршней с полуоткрытой камерой сгорания и при наличии зарождающейся трещины на ее кромке, позволили получить ряд новых результатов и сделать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель коэффициента интенсивности напряжений (КИН), который характеризует концентрацию напряжений у вершины трещины, зависящую от длины ее, перепада температур на поверхности поршня и давления газов. Поскольку разрушение вызывается полем напряжений у вершины трещины, то КИН является основным параметром, используемым при анализе развития трещины.

2. Создан комплекс программ, позволяющий проводить расчеты КИН для поршней различной конструктивной формы. Адекватность предложенных программ проверялась на задачах механики разрушения, имеющих точное решение.

3. Предложен метод оценки критической длины трещины, при которой интенсивность напряжений в окрестности ее вершины превышает предельные, принимаемые для данного материала, из которого изготовлен поршень.

4. Разработана методика прогнозирования долговечности поршня при наличии трещины на кромке КС при известном спектре нагружения. Это позволяет прогнозировать долговечность поршней на стадии проектирования от момента зарождения трещины до перехода ее длины в критическую.

5. Для оценки адекватности полученных результатов создан БТС, на котором моделировались циклы термонагружения в соответствии с действительными нагрузками при работе двигателя, и анализировалось развитие трещины при нарастании циклов. Разработанный БТС позволяет также проводить ускоренные испытания поршней на термопрочность в условиях циклического нагружения.

6. Показано, что развитие трещины на кромке камеры сгорания поршня носит усталостный характер. Проверка расчетных данных, полученных при численной реализации методики прогнозирования долговечности на примере поршня дизеля Д240 (4ЧН 11/12,5), показала, что для данного диапазона длин трещин и числа циклов погрешность вычислений по сравнению с данными эксплуатационных испытаний не превышает 11 %.

7. Материалы диссертации включены в курс «Конструирование ДВС», а также переданы в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод» и ОАО АК «Туламашзавод» для применения при проектировании поршней.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Глинкин С.А. Конструкция камеры сгорания и усталостная долговечность поршней тракторных дизелей / Глинкин С.А., Гоц А.Н., Иванченко А.Б. // Тракторы и сельхозмашины.- 2009.- № 8 - С.38-41.

2. Глинкин С.А. Безмоторный тепловой стенд для исследования циклической прочности поршней / Глинкин С.А, Гоц А.Н., Иванченко А.БУ/ Тракторы и сельхозмашины - 2009 - № 12 - С.44-46.

3. Глинкин С.А. Прочностной анализ поршня перспективного дизеля типа ЧН 10,5/12 / Глинкин С.А., Иванченко А.Б. //Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы X международной научно-практической конференции. - Владимир: ВлГУ. -2005.-С. 73-74.

4. Глинкин С.А. Влияние нестационарных режимов на усталостную долговечность поршня / Глинкин С.А., Иванченко А.Б. // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы XI международной научно-практической конференции. - Владимир. -2008.-С. 163-168.

5. Глинкин С.А. Численная оценка термостойкости поршня тракторного дизеля // Автотракторостроение - 2009: Материалы 65-й Международной научно-технической конференции - книга 2,- Москва, МГТУ «МАМИ»,-2009 г.- С.45-50.

6. Глинкин С.А. Алгоритм оценки усталостной долговечности поршня тракторного двигателя // Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах: Материалы XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. 18 мая 2009 года, Санкт-Петербург. т.1.- СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, - 2009,- 296 с.

7. Глинкин С.А. Исследование термической прочности тракторных поршней с полуоткрытой камерой сгорания / Глинкин С.А., Гоц А.Н., Иванченко А.Б. // Marcpiairn III-o'i ВсеукраТнськоТ науково-техшчноГ конференцй' «Сучасш проблеми двигунобудування: стан, ¡деТ, р1'шення» 21-22 травня 2009 року. Украина, Первомайськ,- 2009,- С. 60-64.

8. Глинкин С.А. Экспериментальное исследование развития трещины в поршне тракторного дизеля / Глинкин С.А., Гоц А.Н., Иванченко А.Б. // Современные наукоёмкие технологии. -№10.-2009 г.-С.26-30.

9. Глинкин С.А. Экспериментальное исследование долговечности поршней тракторного дизеля / Глинкин С.А., Гоц А.Н. // Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств/ Материалы XIII международной научно-практической конференции. - Владимир: ВлГУ. - 2009. - С. 275-279.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ В ПУБЛИКАЦИЯХ В работах [1,3-7] - постановка задачи исследования, проведение численных исследовании. В работе [2] - автором проведен анализ существующих конструкций безмоторных тепловых стендов, а также описан БТС, разработанный им. В работах [8,9] - автор провел исследование развития трещин в поршнях на созданном безмоторном тепловом стенде.

Подписано в печать 12-02.10. Формат 60x84/16. Усл. псч.л.0,93. Тираж 100 экз.

Заказ ¿8 - ¿0/0* Издательство Владимирского государственного университета 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

Условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Обзор методик оценки долговечности поршней и задачи дальнейших исследований.

1.1 Условия нагружения поршней и причины образования трещин в кромке камеры сгорания.

1.2 Методы повышения термостойкости поршней.

1.3 Критерии разрушения теплонапряженных деталей и обзор методик оценки долговечности поршней.

1.4 Обзор моделей усталостного роста трещин.

1.5 Тепловые стенды для исследования теплового и напряженно-деформированного состояния поршней.

Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. Методика прогнозирования долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания.

2.1 Определение исходных данных для расчета.

2.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности.

2.3 Определение теплового напряженно-деформированного состояния поршня.

2.4 Оценка усталостной долговечности.

2.5 Методика прогнозирования долговечности при наличии трещины.

2.5.1 Моделирование развития трещины в круглой пластинке с центральным отверстием.

2.5.2 Определение коэффициента интенсивности напряжений для трещины в кромке камеры сгорания поршня.

2.5.3 Построение модели коэффициента интенсивности напряжений.

2.5.4 Определение критической длины трещины.

2.5.5 Расчетная оценка долговечности при наличии трещины.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3.Численная реализация методики прогнозирования долговечности поршней двигателей внутреннего сгорания.

3.1 Характеристики расчетных моделей поршней.

3.2 Определение нестационарных тепловых нагрузок на поверхности поршня.

3.3 Результаты расчета теплового состояния поршня.

3.4 Анализ теплового напряженно-деформированного состояния поршня.

3.5 Оценка усталостной долговечности поршня.

3.6 Результаты расчета остаточного ресурса поршней.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование термостойкости поршней при циклическом нагружении.

4.1 Объекты исследований.

4.2 Цели и задачи исследований.

4.3 Программа и методика проведения исследований.

4.3.1 Программа исследований.

4.3.2 Методика проведения исследований.

4.4 Измерительная аппаратура.

4.5 Безмоторный тепловой стенд.

4.6 Регистрация усталостных трещин.

4.7 Оценка погрешности экспериментальных исследований.

4.8 Результаты экспериментальных исследований и их анализ.

4.9 Проверка предлагаемой методики по результатам эксперимента.

4.10 Анализ результатов моторного эксперимента.

Выводы по результатам экспериментальной работы.

Выводы.

Актуальность исследования. Настоящий этап развития ДВС характеризуется высокими темпами роста их удельных показателей, например, литровой и поршневой мощностей, что приводит к существенному возрастанию тепловой и механической нагруженности деталей, образующих КС (поршень, гильза, головка цилиндров и т.д.). Теплонапряженные детали двигателя имеют, как правило, сложную геометрическую форму, а их отдельные элементы находятся в тепловом, силовом и кинематическом взаимодействии. При проектировании, расчете и доводке двигателя необходим более полный и точный учет всех величин, определяющих надежность и ресурс. На неустановившихся режимах, характерных для эксплуатации большинства современных двигателей, напряженность поршня меняется во времени, что приводит к появлению усталостных трещин в кромке его КС. В первую очередь это относится к КС полуоткрытого типа. Появление трещины и рост ее до критической длины часто приводит к разрушению кромки КС. Это обстоятельство вызывает необходимость уточнения существующих методик расчета остаточного ресурса, а также разработки новых, с учетом возможности прогнозирования долговечности при наличии трещин. В связи с этим, исследование скорости развития трещины и разработка расчетно-экспериментальной методики, позволяющей прогнозировать долговечность при наличии трещины в кромке КС поршней ДВС, является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики расчета долговечности поршней при наличии трещины в кромке КС на основе проведения расчетно-экспериментальных исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- исследовать влияние геометрических размеров КС на долговечность поршня на основании результатов расчетных исследований;

- провести численную оценку влияния перепада температуры (на поверхности поршня), давления газов, толщины сечения и длины трещины на КИН, а также разработать на основе полученных экспериментальных и расчетных данных математическую модель КИН;

- создать БТС для проверки адекватности расчетных результатов и провести ускоренные испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения;

- выявить, сформулировать и описать закономерности изменения скоростей развития усталостных трещин в зависимости от эксплуатационных и конструктивных факторов;

- разработать расчетно-экспериментальную методику прогнозирования долговечности поршня при наличии трещины в кромке КС.

Методы исследований. Поставленная в работе цель достигалась с помощью МКЭ, компьютерного моделирования и программ Pro/ENGINEER, SolidWorks/CosmosWorks, Ansys Mechanical, MATLAB, Statistica, Microsoft Visual Studio, а также результатов экспериментальных исследований. Экспериментальная часть работы заключалась в проверке соответствия результатов, полученных по разработанной методики, с экспериментальными данными, полученными на созданном БТС.

Научная новизна работы заключается в:

- предложенной комплексной методике прогнозирования термоусталостной долговечности, включающей расчет остаточного ресурса поршня с полуоткрытой КС при наличии трещин на поверхности кромки;

- выявленных закономерностях изменения вдоль фронта трещины полей напряжений и деформаций в зависимости от условий нагружения, а также длины трещины;

- разработанной математической модели КИН, учитывающей действие давления газов, температурного перепада, длины трещины и геометрических размеров поршня;

- разработанном методе определения критической длины трещины.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливается:

- применением уравнений механики твердого тела для анализа особенностей процессов усталостного разрушения;

- использованием сертифицированных средств измерений и оборудования, а также апробированных компьютерных программ;

- подтверждением расчетных результатов экспериментальными данными и совпадением численных решений с имеющимися данными других исследователей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- комплексная методика прогнозирования долговечности поршней, включающая расчет долговечности при наличии трещин на поверхности кромки КС;

- метод определения критической длины трещины;

- математическая модель КИН в поршне при действии перепада температур на поверхности КС и давлении газов.

Практическая ценность исследования заключается в том, что предложенная расчетно-экспериментальная методика позволяет прогнозировать усталостную долговечность поршней при наличии трещины и минимизировать отказы по усталостным разрушениям. Создан комплекс программ, позволяющий проводить расчеты КИН для конструкций поршней различной геометрической формы. Создан БТС, позволяющий проводить испытания поршней на термостойкость в условиях циклового нагружения.

Реализация работы. Полученные в работе результаты переданы в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод» и в ОАО АК «Туламашзавод» для применения при проектировании поршней, а также включены в учебный процесс для проведения занятий по курсу «Конструирование ДВС» на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки». БТС используется для проведения лабораторных занятий на той же кафедре.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались на: аспирантских семинарах кафедры ТДиЭУ ВлГУ в 2005, 2008 г.г., международных научно-технических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей» (Владимир, ВлГУ, 2005,2009 г.), «Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы» (Санкт-Петербург, 2009), Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009» (Москва, МА-МИ, 2009 г.), Ш-й Всеукраинской научно-технической конференции «Сучасш проблеми двигунобудування: стан, ще!, рииення» 21-22 травня 2009 року. Украина, Первомайськ, 2009; «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, ВлГУ, 2009).

Публикации. Результаты работы опубликованы в 9 печатных статьях, две из которых входят в перечень журналов, рекомендуемых ВАК РФ. Одна статья опубликована за рубежом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и 4 приложений. Общий объем работы составляет 172 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 22 таблицы и приложение на 27 страницах. Список литературы включает 136 наименований работ отечественных и иностранных авторов.

выводы

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования по оценке долговечности поршней с полуоткрытой камерой сгорания и при наличии зарождающейся трещины на ее кромке, позволили получить ряд новых результатов и сделать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель коэффициента интенсивности напряжений (КИН), который характеризует концентрацию напряжений у вершины трещины, зависящую от длины ее, перепада температур на поверхности поршня и давления газов. Поскольку разрушение вызывается полем напряжений у вершины трещины, то КИН является основным параметром, используемым при анализе развития трещины.

2. Создан комплекс программ, позволяющий проводить многовариантные расчеты КИН для поршней различной конструктивной формы. Адекватность предложенной программы проводилась на задачах механики разрушения, имеющих точное решение.

3. Разработан метод оценки критической длины трещины в кромке КС, при которой интенсивность напряжений в окрестности ее вершины превышает предельные, принимаемые для данного материала, из которого изготовлен поршень.

4. Разработана методика оценки долговечности поршня при наличии трещины на кромке КС при известном спектре нагружения. Это позволяет прогнозировать долговечность на стадии проектирования от момента зарождения трещины до перехода ее длины в критическую, а также оценивать остаточный ресурс поршней.

5. Для оценки адекватности полученных результатов создан БТС, на котором моделировались циклы термонагружения в соответствии с действительными нагрузками при работе двигателя, и анализировалось развитие трещины при нарастании циклов. Разработанный БТС позволяет также проводить ускоренные испытания поршней на термопрочность в условиях циклического нагружения.

6. Показано, что развитие трещины на кромке камеры сгорания поршня носит усталостный характер. Проверка расчетных данных, полученных при численной реализации методики оценки поршней на примере поршня дизеля 4ЧН 11/12,5, показала, что для данного диапазона длин трещин и числа циклов погрешность вычислений по сравнению с данными эксплуатационных испытаний не превышает 11%.

7. Материалы диссертации включены в курс «Конструирование ДВС», а также переданы для пользования в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод» и ОАО АК «Туламашзавод» для применения при проектирования поршней.

134

1. А. с. 1196721 СССР, МКИ G 01 М 15/00. Стенд для исследования тепло-напряженного состояния поршня двигателя внутреннего сгорания /А.Ф. Ше-ховцов, Ф.И. Абрамчук, A.M. Бачевский.- N 3744525/25 06; Заяв. 18.05.84; Опубл. 07.12.85, Бюл. N 45. - 3 е.: ил.

2. Абрамчук Ф.1, Рязанцев М.К., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутршшього зго-ряння: Сер1я тдручншав у 6 томах. Т.6. Надшшсть ДВЗ / За ред. Проф. А.П.Марченка, засл.д1яча науки Украши проф А.Ф.Шеховцова — Харюв: Ви-давництво ХЛАДУ,2004- 324 с.

3. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс,2004 - 432 с.

4. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения- Самара: Самарский университет, 2001. 562 с.

5. Басов К.А. Ansys: Справочник пользователя М.: ДМК Пресс,2005.-640 с.

6. Белов В.П. Расчетно-экспериментальная оценка термостойкости поршней формированных автомобильных и тракторных двигателей: Дис. канд.техн.наук: 05.04.02,-М., 1986.-230 с.

7. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иоилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. -М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

8. Бондарь B.C. Малоцикловая прочность конструкций // Расчеты на прочность и жесткость / Под ред. Н.Д. Тарабасова. М.: Мосстанкин, 1983. -Вып. 5. с. 91-99.

9. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. СПб.: Питер, 2003.-688 с.

10. Броек Д. Основы механики разрушения. -М.: Наука, 1974.-312 с.

11. Брук М.А., Виксман A.C., Левин Г.Х. Работа дизеля в нестационарных условиях. JL: Машиностроение, 1981. -208 с.

12. Галлагер Р. Метод конечных элементов. М.: Мир, 1984.-428 с.

13. Глинкин С.А., Гоц А.Н., Иванченко А.Б. Влияние конструктивного исполнения камеры сгорания на усталостную долговечность поршней тракторных дизелей // Тракторы и сельхозмашины. 2009. - №8. С. 38-41.

14. Гордов А.Н., Жагуло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. — М.: Энергоаотмиздат,1992 304 с.

15. ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные: Технические условия — М.: Изд-во стандартов, 1993.-36с.

16. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний на усталость- М.: Изд-во стандартов, 1979.-34 с.

17. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.-М.: Изд-во стандартов, 1985.-61 с.

18. ГОСТ 2685-75. Сплавы литейные: Марки, технические требования и методы испытаний. Взамен ГОСТ 2585-63.,-М.: Изд-во стандартов,1975.-13 с.

19. ГОСТ 3044-84.Преобразователи термоэлектрические . номинальные статические характеристики преобразования.-Взамен ГОСТ 3044-77.-М.: Изд-во стандартов, 1984.-78 с.

20. ГОСТ 8.338-2002 Государственная система единства измерения. Термопреобразователи технических термоэлектрических термометров. Методы и средства поверки-М.: Изд-во стандартов, 2002.-19 с.

21. Гоц А.Н. Анализ методов ускоренных испытаний двигателей на надежность // Тракторы и сельхозмашины. 2009. - №1. - С.42-45.

22. Гоц А.Н. Расчеты на прочность деталей ДВС при напряжениях переменных во времени: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2004- 135 с.

23. Гоц А.Н., Фомин В.К., Папонов C.B., Балюк Б.К. Повышение надежности поршня дизеля с воздушным охлаждением // Двигателестроение- 1988.— №10.-С.40-43.

24. Гоц А.Н., Гонушкин Ю.Г. Погрешности измерений при экспериментальных исследованиях двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие / Вла-дим. гос. ун-т Владимир,2003- 64 с.

25. Гузь А.Н., Зозуля В.В. Хрупкое разрушение материалов при динамических нагрузках/ Под общ. ред. Гузь А.Н. Киев: Наукова думка - 1993 -т.4—книга 2-237 с.

26. Густав Олссон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления — СпБ.: Невский Диалект,2001 557 с.

27. Дзыбал Л.Т., Леховицер М.А., Платонов В.Н., Прозоров В.П. Внедрение жидкоштампованных поршней из сплава AJI25 для дизелей 64 12/14 и 6ЧН 12/14 // Двигателестроение.- №6.-1985.-С.43-47.

28. Дизели: Справочник / Под общ. ред. В.А. Ваншейдта, H.H. Иванченко, JI.K. Коллерова-JL: Машиностроение, 1977.-480 с.

29. Дондошанский В.К. Динамика и прочность судовых газотурбинных двигателей- JL: Судостроение, 1978.-336 с.

30. Донченко A.C., Морганюк B.C., Аверченков Е.А., Харченко В.К., Исаев Е.В. Расчет напряженно деформированного состояния поршня тракторного дизеля при циклическом нагружении // Проблемы прочности .- 1983 - N3. -С.39-44.

31. Донченко A.C. К расчету диаграммы неизотермического деформирования поршневого сплава AJI25 //Проблемы прочности .- 1985.-№3.-С.103-107.

32. Дьяченко Н.Х, Дашков С.Н., Костин А.К., Бурин М.М. Теплообмен в двигателях и теплонапряженность их деталей. — X.: Машиностроение, 1969. -248 с.

33. Дьяченко Н.Х. Теплообмен в двигателях и теплонапряженность их деталей-М.: Машиностроение, 1969.-248 с.

34. Зарубин B.C., Станкевич И.В. Расчет теплонапряженных конструкций. -М.: Машиностроение, 2005.—352 с.37.3енкевич о. Метод конечных элементов в технике —М.: Мир, 1975.-544 с.

35. Иванченко А.Б. Методика оценки термоусталостной прочности поршней форсированных дизелей: Дис. . канд.техн.наук: 05.04.02. М., 1995. - 174 с.

36. Иванченко H.H., Семенов Б.Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне. — Л.: Машиностроение, 1972.- 232 с.

37. Ионов В.Н., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. -М.: Машиностроение, 1987. -272 с.

38. Кавтарадзе Р.З Локальный теплообмен в поршневых двигателях. Учеб. пособие для вузов М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007 - 472 с.

39. Кавтарадзе Р.З., Манджгаладзе A.A. и др. Исследование процессов газообмена и теплообмена в дизелях методами математического и физического моделирования-Тбилиси: МЕЦНИЕРЕБАД986 196 с.

40. Казанцев А.Г. Малоцикловая усталость при сложном термомеханическом нагружении.-М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-248 с.

41. Качанов Л.М. Основы механики разрушения.- М.: Наука, 1974.-312 с.

42. Клюев В.В., Фурсов A.C., Филинов М.В. Подходы к построению систем оценки остаточного ресурса технических объектов //Контроль. Диагностика — №3.-2007.- С. 18-23.

43. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты на прочность и долго-венчость: Справочник-М.: Машиностроение,1985.-224 с.

44. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение М.: Мир, 1984. -624 с.

45. Колмаков В.И. Повышение надежности дизелей форсированных наддувом: Дис. . канд.техн.наук: 05.04.02. -М., 1986.-244 с.

46. Колтунов М.А., Кравчук A.C.; Майборода В.П. Прикладная механика деформируемого твердого тела: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1983,- 349 с.

47. Крамарухин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. М.: Машиностроение, 1990-208 с.

48. Лазарев Е.А, Иващенко H.A., Перлов М.Л. Особенности теплового и напряженно-деформированного состояния поршней тракторного дизеля //Двигателестроение. 1988. - № 7. - С.3-5.

49. Лазарев Е.А., Иващенко H.A., Перлов М.Л. и др. Напряженно-деформированное и тепловое состояние охлаждаемого поршня тракторного дизеля при различном расположении поперечного сечения полости охлаждения// Двигателестроение. 1989. - № 2. - С. 7-10.

50. Лепский А.Г., Дамаскин A.A. Возможность формирования интегрального показателя для оценки теплонапряженности деталей судового двигателя // Вестник МГТУ,2008-т. 11-№3 -С.451 457.

51. Либовиц Г. Расчет конструкций на хрупкую прочность. -М.: Машиностроение,т.5,1977- 452 с.

52. Малиненко В.П., Алешина Л.А., Ильин A.M. Физические явления и эффекты для получения и преобразования информации: Учеб. пособие/ Петр-ГУ. Петрозаводск, 2003. - 126 с.

53. Маннапов Р.Г. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования // Химическая промышленность, 1991- №10.-С.53-55 (629-631).

54. Машиностроение. Энциклопедия. Надежность машин, т. IV-3. Под общ. ред. В.В.Клюева-М.: Машиностроение. -1995. 592 с.

55. Металлургия алюминия / Ю.В.Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов- Новосибирск: Наука, РАН.-1999-438

56. Морозов Е.М., Музеймнек А.Ю., Шадский A.C. Ansys в руках инженера — М.: ЛЕНАНД,2008.-456 с.

57. Морозов Е.М., Никишов Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения-М.: ЛКИ/URSS,2008. -256 с.

58. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин.- М: Наука, 1984. -256 с.

59. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. —М.: Машиностроение, 1974.-344 с.

60. Насыров P.A., Иващенко H.A., Тимохин A.B. Статические тепловые стенды для исследования поршней и цилиндровых крышек дизелей //ДВС: Реф. сб. НИИинформтяжмаш. 1978. - С. 14-17.

61. Насыров P.A., Иващенко H.A., Тимохин A.B. Тепловое и напряженное состояние поршней дизелей типа Д100 // Двигателестроение.-1979.-№5.-С.27-30.

62. Нгуен Вьет Чует. Термоупругопластическое деформирование цилиндра с трещиной: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.02.04 Тула,2008.-20 с.

63. Новые материалы / Под ред. Карабасова Ю.С.-М.: МИСИС, 2002.-736 с.

64. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов.-М.: Мир, 1981.-304 с.

65. Нотт Дж.Ф. Основы механики разрушения. -М.: Металлургия, 1978. 256 с.

66. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Ковчик С.Е. Методы оценки трещино-стойкости конструкционных материалов Киев: Наукова думкаД 977.-280 с.

67. Папонов C.B. Расчетно-экспериментальная оценка и прогнозирование долговечности поршней дизелей: Дис. . канд.техн.наук: 05.04.02. М., 1990.- 194 с.

68. Партон В.З. Механика разрушения: от теории к практике.-М.: Наука, 1990.-240 с.

69. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения на базе компьютерных технологий. Практикум. СПб.: БХВ Петербург, 2007.^464 с.

70. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

71. Поспелов Д.Р., Ершов Е.П. О теплонагруженности составного поршня с камерой сгорания в днище // Тракторы и сельхозмашины. 1982. - №1. С. 1112.

72. Практические работы по электротехническим устройствам: Метод, пособие / Калинингр. ун-т. Калининград, 1999. - 18 с.

73. Прочность и долговечность элементов энергетического оборудования / Поспишил Б., Квитка A.JL, Третьяченко Г.Н. и др.-Киев: Наук, думка, 1987. -216 с.

74. Работнов Ю.Н. Механика деформирования твердого тела. — М.: Наука, 1988.-712 с.

75. Расчет компенсационных измерительных схем. Задания и методические указания к расчетно-графической работе / А.Ф. Бовкун, Э.В. Зубрицкий. -Улан-Удэ, Вост-Сиб.гос.технол.ун-т,2005 .-20 с.

76. Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин.-М.: Высшая школа, 1974.-206 с.

77. Рогельберг И.Л., Бейлин В.М. Сплавы для термопар: Справочник — М.: Металлургия, 1983 360 с.

78. Родюшкин П.Р. Использование Ansys для расчета параметров механики разрушения / Сборник конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (Москва, 21-22 апреля 2005 г.) / Под ред. A.C. Шадско-го.-М.: Полигон Пресс, 2005-С.26-33.

79. Рожанский В.А., Кухаренок Г.М. Влияние параметров камеры сгорания на показатели рабочего цикла дизеля Д-240 // Тракторы и сельхозмашины. -1974. №9. — С. 11-12.

80. Румб В.К., Медведев В.В. Прогнозирование долговечности деталей судовых дизелей // Двигателестроение №4-2006.-С.29-34.

81. Румб В.К., Медведев В.В., Семионичев С.Р. и др. Методика определения остаточной долговечности деталей судовых ДВС при наличии трещин // Двигателестроение- №4.-2002.-С. 12-17.

82. Сальников М.А. Оценка долговечности крышек цилиндров тепловозных дизелей в зависимости от уровня теплонапряженности: Автореф.дис. . канд.техн.наук. -М., 1984. 16 с.

83. Семенов Б.Н., Иванченко H.H. Задачи повышения топливной экономичности //Двигателестроение-1990 -№11.-С. 3-7.

84. Серенсен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. Справочное пособие. М: Машиностроение, 1975.-488 с.

85. Сиратори М., Миёси Т., Мацусита. Вычислительная механика разрушения. / Под. Ред. Е.М. Морозова-М.: Мир, 1986 334 с.

86. Слепян Л.И. Механика трещин.-Л.: Судостроение, 1990 296 с.

87. Смирнов В.И. Пороговые характеристики хрупкого разрушения твердых тел: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.02.04 -СПб,2007.-34 с.

88. СНиП 2.04.08-87. Газоснабжение. Внутренние устройства газоснабжения, индивидуальные баллонные установки, газоснабжение сжиженными газами.

89. Совершенствование конструкции и улучшение показателей автомобильных и тракторных двигателей. Межвузовский сборник научных работ, Моск-ва.-1989.

90. Современное проектирование на С++. Серия С++ in-Depth, т.З. Пер. с англ. М.: Вильяме, 2002. - 336 с.

91. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков / А.Д, Блинов, П.А.Голубев, Ю.Е. Драган и др. под ред. B.C. Папонова и А.М.Минееве- М.:НИЦ Инженер», 2000.-332 с.

92. Справочник металлиста / Под ред. А.Г. Рахштадта и В.А. Брострема.-М.: Машиностроение, 1976.-720 с.

93. Справочник по коэффициентам концентрации напряжений: В 2 т./ под. Ред. Ю. Мураками.-М.Мир, 1990.-448 с.

94. Стефановский Б.С. Теплонапряженность деталей быстроходных двигателей. -М.: Машиностроение, 1978. 128 с.

95. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие/ А.К. Костин, В.В. Ларионов, Л.И. Михайлов. Л.: Машиностроение, 1979.-222 с.

96. Терентьев В.Ф., Оксогоев A.A. Циклическая прочность металлических материалов: Учеб. пособие. Новосибирск: НГТУ,2001— 61 с.

97. Термопрочность деталей машин / И.А. Биргер, Б.Ф. Шор, И.В. Демья-нушко и др.- М.: Машиностроение, 1975 445 с.

98. Технология программирования. Учеб. пособие для вузов М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 320 е.: ил.

99. Тракторные дизели: Справочник / Б.А. Взоров, A.B. Адамович, А.Г. Ара-бян и др.; Под общ. ред. Б.А. Взорова.-М.: Машиностроение, 1981.-535 с.

100. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Машиностроение.-! 974.^72 с.

101. ПО.Чайнов Н.Д, Тимохин A.B., Иванченко А.Б. Оценка усталостной долговечности поршня тракторного дизеля при циклическом нагружении //Двигателестроение. -1990.-№ 11- С. 14-15.

102. Чайнов H.Д. Модель расчета температурного поля осесимметричных деталей цилиндропоршневой группы дизелей // Известия ВУЗов. Машиностроение.-! 986-№9,- С.77-91.

103. Шалай А.Н. Как повысить долговечность поршня? // Двигателестрое-ние.-1996.-№2.-С.51-52.

104. Шеховцов А.Ф. Математическое моделирование теплопередачи в быстроходных дизелях. X.: Вища школа,1978. — 153 с.

105. Шеховцов А.Ф., Абрамчук Ф.И., Пылев В.А. Ползучесть и релаксация при растяжении алюминиевого сплава AJI25 // Двигателестроение. — 1986 — № 11.-С. 45-47.

106. Шифрин Е.И. Пространственные задачи линейной механики разрушения. — М.: Изд-во Физико-математической литературы, 2002. 368 с.

107. Яруллин P.P. Напряженно-деформированное состояние и остаточная долговечность насадного диска паровой турбины с повреждением в шпоночном пазу: Автореф.дис. . канд.техн.наук. 01.02.06. Саратов, 2009. - 18 с.

108. A comparison of all-Hexahedra and all Tetrahedral Finite Element Meshes for elastic & elastoplatic analysis. Proceedings 4th International Meshing Round table Sandia NationalLabs, pp 179-181, Oct. 1995

109. APDL Programmer's Guide. Ansys release 9.0 Documentation. Canonsburg: ANSYS Inc.2009

110. Centralized research at Wellworthy completion of laboratory at Lymigton //Engine Design and Applications. - 1966. Vol. 2, N 6. - P. 42-45.

111. David V. Hutton. Fundamentals of finite element analysis. © The McGraw-Hill Companies, 2004. 494 p.

112. Fersini D., Pirondi A. Numerical simulation of the residual stress intensity factor Kres in cracked specimens. 22nd DANUBIA-ADRIA Symposium on Experimental Methods in Solid Mechanics, Monticelli Terme / Parma Italy,2005.

113. Joseph R. Davis. Metals Handbook Desk Edition. ASM International Handbook Committee 1998. - 2571 p.

114. Kohnke P. Ansys. Theory reference. Southpointe: ANSYS Inc. 2009.

115. Kwon, Young W. The finite element method using MATLAB / by Young W. Kwon and Hyochoong Bang. 1997- p. 527.

116. Larry J.Segerlind Applied finitey element analysis Printed in the United States of America, by John Wiley & Sons. inc. 1984 - 411 p.

117. Liu G.R. and Quek S.S. The finite element method. A practical coButter-worth-Heinemann. An imprint of Elsevier Science. Linacre hous, Jordan Hill, -361 p.

118. Mark A. James A plane stress finite element model for elastic-plastic mode I/II crack growth. Dissertation of doctor philosophy. Kansas state university, Manhattan, 1998. - 127 p.

119. Monieta, J. Analysis of failures of cylinder liners of the low-speed marine diesel engines type6RLB66, Journal of KONES 2001, No. 1 2, s. 93 - 99.

120. Rahman M.M., Ariffin A.K., Jamaludin N., Haron C.H.C. Durability assessment of a new piston spark ignition linear engine: a computational approach. -Journal teknologi, 45 (A) Dis, 2006.

121. Ray Browell, Dr.Guoyo Lin. The Power of nonlinear material capabilities. Ansys solution 2000, volume 2, number 1.

122. Razmi I., Choupani N. 2D fracture analysis of the first compression piston ring. International journal of mechanical system science and engineering, summer, 2007.

123. Robert D.Cook. Finite element modeling for Stress Analysis. John Wiley & Sons, inc., 1994-330 p.

124. Singiresu S.Rao The finite element method in engineering. Fourth edition. -Elsevier Science & Technology Books, 2004 658 p.