автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Исследование тепловой напряжённости клапанов автомобильных бензиновых двигателей с применением нетрадиционных материалов

Нртфр-^ах Г

1 с гно гхо

Лукин Дмитрий Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАПРЯЖЁННОСТИ КЛАПАНОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕТРАДИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва-2000

Работа выполнена в Московском государственном технический университет им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор Н.Д. Чайнов доктор технических наук, профессор В.М. Фомин; кандидат технических наук, доцент И.В. Станкевич ВНИИМотоПром г. Серпухов

Защита диссертации состоится liJXJl^jhX._20

iH- часов на заседании диссертационного совета К 053.15.05

"Тепловые машины и теоретические основы теплотехники" Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, Лефортовская набережная, д. 1, корпус "Энергомашиностроение", аудитория 234.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, учёному секретарю совета К 053.15.05.

Автореферат разослан 20 Мт.

Учёный секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

ОЬЙ-очь-ОШ^О

Ефимов С.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постоянный рост уровня форсирования двигателей приводит к повышению термомеханической напряженности наиболее ответственных деталей ДВС; а задачи повышения ресурса, введение электронных систем управления автомобильных двигателей требуют более вшшательного подхода к вопросам обеспечения надёжности всего двигателя, в том числе клапанного механизма. Автомобильные бензиновые двигатели работают в основном в условиях города, то есть резко переменных мощностных и скоростных режимов. Многократные диетические воздействия тепловых и механических нагрузок приводят к образованию усталостных трещин. Наиболее теплонапряжённой деталью современного бензинового двигателя был и остаётся выпускной клапан. Выход из строя клапанов двигателя при повышении энергетических показателей и одновременном сохранении, а иногда и увеличении ресурса является одной из существенных проблем.

Повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя в спортивных моделях, введение электронных систем управления клапанами и фазами газораспределения, которые позволяют резко улучшить практически все эффективные и экологические показатели двигателя, требуют создания нового лёгкого клапана, который будет удовлетворять условиям работы двигателя, иметь хорошую сопротивляемость термическим нагрузкам и образованию усталостных трещин.

Преимуществом применения лёгкого клапана является:

■ снижение массы клапана практически в 2 раза и уменьшение, тем самым, динамических нагрузок в механизме газораспределения (МГР);

■ возможность резкого снижения механических потерь в МГР на частичных режимах и особенно на режиме холостого хода, что приводит к улучшению экономичности двигателя;

■ возможность (без изменения конструкции МГР) повышения литровой мощности за смет увеличения времени-сечения и коэффициента наполнения путём изменения профиля кулачка распределительного вала или повышения частоты вращения коленчатого вала для спортивных вариантов двигателей;

ш возможность снижения требований к распределительному валу и его подшипникам без уменьшения надёжности и ресурса всего МГР,

■ возможность введения электронных систем управления клапанами и фазами газораспределения во всём диапазоне работы двигателя и замена

распределительного вала электромагнитным управлением, что даёт возможность улучшить показателей двигателя как по экономичности, так и по токсичности. Снижение массы клапана связано в первую очередь с возможностью применения новых термостойких материалов с меньшей по сравнению со сталью плотностью. Однако при этом требуется оценить прочностные характеристики альтернативного материала и функциональные свойства выполненного из него клапана.

Для осуществления этого следует оценить термоусталостную прочность клапана. Последнее связано с определением теплового и напряжённо-деформированного состояние (ТНДС) клапана на различных установившихся режимах и определением ресурса клапана в условиях нестационарного термического нагружения. При этом важное значение имеет оценка появления и расчёта процесса распространения термоусталостной трещины в тарелке клапана.

Диссертационная работа выполнялась в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре "Поршневые двигатели" (Э-2).

Цель работы - возможность применения нового титанового сплава с повышенным содержанием алюминия (в дальнейшем - базовый титановый сплав, разработчик институт A.A. Бочвара) для изготовления клапанов автомобильных бензиновых двигателей; разработка методики оценки термоусталостной прочности клапанов при замене материала, а также методики термоциклирования клапанов на безмоторном тепловом стенде (БТС).

Методы и объекты исследований. Экспериментальные методы исследования полей температур, температурных и механических напряжении на развёрнутых двигателях и одноцилиндровых отсеках сложны, трудоёмки и дорогостоящи.

Существенно сократить время проведения и стоимость эксперимента могут безмоторные установки, на которых можно достичь значительных тепловых потоков, характерных для быстроходных бензиновых двигателей. Представителями таких установок являются стенды с источниками тепла, использующими энергию горячих газов, индукционный нагрев и инфракрасное излучение большой удельной мощности. В последнем случае легче достигается требуемое распределение тепловых потоков по "огневой" поверхности деталей. Учитывая вышесказанное и опыт работы на безмоторном тепловом стенде с лучистым теплообменом на кафедре Поршневых двигателей МГТУ им. Н.Э. Баумана, последний был модернизировал и использован при проведении экспериментальной части исследования термопрочности вариантов конструкций клапанов автомобильных двигателей.

В то же время физическое моделирование не обладает достаточной оперативностью при замене материала клапана и изменении граничных условий теплообмена на различных режимах работы двигателя. Поэтому наряду с экспериментальными методами при поиске оптимальных решений особую роль приобретает математическое моделирование ТНДС деталей двигателя.

Научная новизна. В результате проведённого расчётно—экспериментального исследования показана возможность применения титано-алюминиевого интерметаллида для изготовления клапанов быстроходных автомобильных двигателей.

Впервые при оценке термопрочности выпускного клапана использованы элементы механики разрушения, что позволяет рассчитать развитие термоусталостной трещины на фаске выпускного клапана и спрогнозировать ресурс.

Практическая ценность работы заключается в разработке комплексной методики исследования термопрочности клапанов быстроходных автомобильных двигателей, включая создание и доводку конечно-элементной модели расчёта теплового и напряжённо-деформированного состояния клапанов, а также экспериментальное обеспечение термоциклических испытаний конструкций натурных образцов на термопрочность.

Предложенный расчёт граничных условий теплообмена молено применять и для других автомобильных бензиновых двигателей, что даёт существенное упрощение задачи расчётов ТНДС клапанов.

Реализация результатов работы. Методические разработки и результаты исследования применяются в НИР и учебном процессе на кафедре ПД МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Основные результаты и содержание диссертационной работы обсуждались на XII Школе семинаре молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (г. Москва, 1999); 3-ей Международной научно-технической конференции "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе" (г. Москва, 1999).

Публикации. По теме диссертации опубликовано две статьи и тезисы докладов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка литературы и приложения; содержит 141 страницу, 82 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 136 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко охарактеризовано состояние проблемы в целом, а также показана её актуальность. Сформулировано общее направление исследований.

В первой главе кратко описаны условия работы, основные виды поломок и выходов из строя клапанов автомобильных бензиновых двигателей, проведён анализ новых перспективных материалов и их свойств для возможной замены штатной стали при изготовлении клапанов.

Рассматривается применение сплавов на основе титана, а именно, жаропрочных интерметаллидов, в частности системы 'П-Л1. После анализа свойств интерметаллида сделан вывод, что наилучшими свойствами (модуль упругости, твёрдость, механическая прочность, жаропрочность, пластичность, коррозионная стойкость) характеризуется система ТьА1 с массовой долей алюминия от 8.5 до 10% (Т13А1 а-фаза), что отвечает применённому в работе базовому титановому сплаву.

Некоторые свойства исследуемых материалов в рабочем диапазоне температур представлены в таблице 1.

Таблица 1,

Механические свойства материалов в рабочем диапазоне температуру

Материал Свойства материалов

К Вт/мК а/ЧО6, К"1 Е, ГПа МПа V

стать 40Х9С2 20.0 14.3 200 540 0.40 0.30

сталь 55Х20Г9АН4 23.0 18.0 150 580 0.39 0.30

Т1 - сплав ВТ6 16.0 9.3 82 450 0.20 0.35

базовый Т1 - сплав 17.2 11.1 40 550 0.15 0.33

Особое внимание уделено трещиностойкости материалов и изменению характеристик материалов при циклическом нагружении в зависимости от температуры, формы цикла, среды и частоты нагружения и напряжённого состояния.

На основании выполнешюго анализа для сравнения сплава на основе титана со штатной конструкцией сформулированы задачи исследования:

■ оценка граничных условий теплообмена третьего рода для клапанов (ВАЗ-2108) на номинальном режиме и режиме холостого хода;

■ проведение сравнительного анализа конечно-элементных моделей клапана с последующим расчётом ТНДС с применением наилучшей модели с точки зрения точности получаемого результата и времени, затрачиваемого

на расчет;

■ обоснование возможности применения деформационного критерия и линейной механики разрушения для оценки термоусталостной прочности клапанов;

■ дальнейшая конструкторская модернизация БТС с целью обеспечения автоматизации задания температурного режима при циклическом на-гружении клапана во время испытаний;

■ исследование и выбор оптимального цикла термонагружения на БТС;

■ экспериментальное исследование теплового состояния клапанов на БТС с получением усталостных трещин в тарелках клапанов необходимой длины;

■ проведение расчетного исследования для определения ресурса клапанов в условиях работы на БТС и в реальном двигателе.

Во второй главе изложена методика и математическое моделирование ТНДС клапана в осесимметричной постановке с использованием метода конечных элементов (МКЭ). При этом с учётом поставленной задачи были рассчитаны граничные условия теплообмена третьего рода на номинальном режиме и режиме холостого хода. Периодическое чередование указанных режимов определяет термоцикл натружения клапанов, который более подробно описан в третьей главе.

Достоверность расчётного определения температурного поля зависит от точности задания грагагчных условий по тепловоспринимаюшим и теп-лоотдающим поверхностям клапана. Условия теплообмена на его поверхности разнообразны и зависят от регулировок систем двигателя и режимов эксплуатации. Эта специфика обусловливает дифференцированный подход в оценке теплоотвода через различные тепловоспршшматощие поверхности клапана (см. рис. 1). При расчёте граничных условий использовались работы таких авторов, как Цапф, Вошни, Розенблит Г.Б., Грехов Л.В., Ивин В.И., Щур ко в В.Е., Стефановский Б.С.

Передача теплоты от газов к стенкам камеры сгорания протекает при изменяющемся в течение цикла состоянии газа. Расчёт рабочего процесса на двух режимах работы двигателя был проведен с помощью программы Б1Е5ЕЬ-4^ разработанной на кафедре "Поршневых двигателей"'. В программе для определения коэффициента теплоотдачи в камере сгорания используется полуэмпирическая зависимость Вошни:

-¡0,8

аг =13(Ш-0':Т;°'53Р0'8 с,сш +с2|^(р-р0)

если 2С,СП

ч>У

С3>С2^Цр-Р0),то

V

(1)

Г N 2 \

ссг = 130В-°'2С'"Р0'8 С,Ст 1 + 2 V, С3

V ч) /

где С1 =6,18 + 0.417С„/Ст -для процессов газообмена; С, =2,28 + 0,308С„/Ст

— для процессов сжатия-сгорания-расширения; С2 - 0,00324 м/(с'К) - для дизелей с непосредственным впрыском и бензиновых ДВС; Сз = 0,8 — в случае использования бензина; О - диаметр цилиндра двигателя; Т„ - температура газа за пограничным слоем; Р — давление рабочего тела в цилиндре; Ро

- давление рабочего тела в цилиндре без сгорания; Ст - средняя скорость поршня; \'ь - работай объём цилиндра двигателя; Ра ,Уа ,Та - параметры газа в точке "а" индикаторной дишраммы; V,,, - текущий объём при угле поворота коленчатого вала <р; Си - тангенциальная скорость при впуске.

Среднее значение коэффициента теплоотдачи и результирующая по теплопередаче температура газа за цикл определяются:

4л . 4л

^ 471 ^ Ч»

(2)

о "™г.ср о

Процесс отдачи тепла от газа к "шейке" клапана в период открытого положения клапана носит нестационарно-периодический характер. Тепловой поток от газов при выпуске изменяется по величине и направлению, что вызывает в тонком поверхностном слое клапанов периодические колебания температуры, амплитуда которых составляет 10 - 15 °С.

Однако толщина этого слоя на стенках детали невелика, и поэтому при моделировании теплового состояния режим теплообмена в канале можно считать стационарным. Средний за цикл коэффициент теплоотдачи от газов к "шейке" клапана определяется из выражения

<*г =т1ав.Ф (3)

где XI ,Т2 - относительное время соответственно открытого и закрытого положения клапана; а„ ср - средний за период выпуска коэффициент теплоотдачи от газов к тороидальной поверхности клапана; авып - средний коэффициент теплоотдачи от газов к тороидальной поверхности клапана в период закрытого положения клапана.

Для нахождения среднего за период выпуска коэффициента теплоотдачи в выпускном канале используется критериальная зависимость:

№ = 0,2Яе°'78, (4)

где: N11 =

, 11е =

критерии Нусселъта, Рейнольдса;

X

V

Л.- коэффициент теплопроводности; у — коэффициент кинематической вязкости; с1,кв ср — средний эквивалентный диаметр; \УВТ — средняя скорость выпускных газов, определяемая с использованием диаграммы время-сечение.

Эквивалентная по теплоотдаче температура газов в выпускном канале, считая процесс истечения политропическим, находится по формуле:

где: Ть — температура конца расширения; Рь - давление конца расширения; Рга - давление в канале; п - показатель политропы.

В период закрытого положения клапана определяющими факторами теплообмена являются колебания давления в патрубке и естественная конвекция. Для расчёта ссвып используется формула для турбулентного течения газа в выпускном канале:

клапана в цикле; а - температуропроводность выпускных газов; Вц£3АТ

& = ,— - критерий Грасгофа; £ - длина выпускного канала; (3 - ко-

эффициент объёмного расширения выпускных газов; АТ - разность температур потока и стенки.

Граничные условия со стороны впускного канала со время открытого положения клапана рассчитываются аналогично, что и ддя выпускного канала.

Эквивалентная по теплоотдаче за цикл температура газа во впускном канале не рассчитывается, а принимается по опытным данным, учитывая подогрев свежего заряда от стенок впускного канала и заброс горячих продуктов сгорания во время открытия клапана. Принимается Тг= 50°С.

Во время закрытого положения клапана нельзя использовать зависимость (6) из-за разного состава смеси в коллекторах. Используется известная зависимость для коэффициента теплоотдачи во впускном канале:

(5)

где: ЛЬ - разрежение в трубопроводе, в кПа; р0 - давление окружающей среды.

Средний за цикл коэффициент теплоотдачи от внешней среды к поверхности посадочного пояса клапана ассл определяется из выражения

Т

|__вьш.сед_

т.

а„

, =т1а„ + т,а„

1

Т . ,к"

т

(8)

где: Т1, Х2 - относительное время соответствешю открытого и закрытого положения клапана; аВып.сед - средний за период выпуска коэффициент теплоотдачи от выпускных газов к рабочей фаске клапана; акт - средний коэффициент контактного теплообмена между фаской клапана и гнездом в крышке.

Коэффициент теплоотдачи от выпускных газов к фаске клапана рассчитывается по критериальному уравнению

N11 = 0,037711е0'8Рг0,43, (9)

V

где: Рг = — — критерий Прандтля. а

Коэффициент контактного теплообмена между фаской клапана и седлом определяется по формуле:

\ 0,43

г

\

623 -—-3,6 v у

Рф

/ \ 0,4 "

(hn+O- 1-0,39 РФ

l°.J

(10)

где: Хср/Япр - отношение коэффициента теплопроводности среды, заполняющей межконтактные промежутки, к приведённому коэффициенту теплопроводности; рф/ств - отношение давления контакта к пределу прочности менее пластичного материала; Ьц.,, Ь^д — высоты неровностей профиля соответственно фаски клапана и седла.

Эквивалентная по теплопередаче температура внешней среды Тсед

определяется из известного выражения

Т =

ад

выи.сед выи.сед

(И)

где: Т„ - температура контактирующей поверхности (седла) по результатам термометрировшшя (на номинальном режиме Тк| =185 °С); ТВЫ11.ЯД - температура газов в клапанной щели в период выпуска.

Так как температура газа сильно изменяется за время выпуска, то в первом приближении принимается средняя температура между температурой начала выпуска и средней эквивалентной температурой газов в выпускном канале Твып сед = 1032 °С.

Расчёт граничных условий со стороны седла впускного клапана ничем не отличается от расчёта со стороны выпускного клапана.

Для практических расчётов коэффициент теплоотдачи со стороны стебля клапана может быть определён по уравнению

К

где Я« - коэффициент теплопроводности масла; 5 - величина зазора.

Для определения средней температуры среды между стеблем и направляющей втулкой использовались датпгъте термометрирования. Результаты термометрирования брались по данным ВНИИМотоПром г. Серпухов.

Коэффициент теплоотдачи от газов к штоку, выступающему за направляющую втулку ага и температура газов Тш для обоих клапанов, принимается по данным литературы.

Результаты расчётов представлены на рнс. 1.

(12)

впускной клапан выпускной клапан

0^=70Ет/„2.к (Ш «ш=70п7ч5к

тп1=80 "с

в7„2.к

т„=115°с

а^2Ю В1/„2.к т,=5о °е

<^,=3280 в7„2.к 3' т«,=200 °с

)°с

а^5В7и2.к Т„=130 °с

Вт / 2

т,=820 °с

а«1=2290в1/и2.к тжд=220 "с

впускной КЛЗШН! выпускной вдапан

т„=70°с

Вт/ 2

а„=465 /„ ,к твт=95 °с

о с Кт / 2

'г,=50 "с

а^=1750в7и2.к 3' т„=150°с

тш=70 °с

а,т=4«5в7и2.к

т„=95 °с

Бт / 2

с^=75 /„ .к т^с'85 °с

' Вт/ 2 1

2 агср=753 /„ к тгрс,=1040 "с

тгрвтб83 ес

а) б)

Рис. 1. Граничные условия для клапанов (1, 2, 3 - характерные точки): а) - номинальный режим, б) - холостой ход

Для проведения расчёта ТНДС был проведён анализ конечно-элементных математических моделей клапанов в осесимметричной постановке. Была выбрана модель с 8-ми узловыми квадратичными элементами с количеством узлов N=625 и элементов Е=180. На рисунке 2 представлены поля температур на двух режимах работы различных клапанов. Поля окружных температурных напряжений представлены на рисунках 3 и 4. Зна-

чения температур и напряжений в характерных точках клапанов сведены в таблицы 2, 3, 4.

ттлнзяпаль базовый Ti - сп-ыв una тая сталь базовый Ti - сплав

а) б)

Рис. 2. Распределение температур в клапанах, °С: а) - номинальный режим; б) — холостой ход

а) б)

Рис. 3. Распределение температурных окружных напряжений в стальном клапане, МПа: а) - номинальный режим; б) - холостой ход

В третьей главе приводится описание экспериментальной установки, методика термоциклирования, обоснование режима нагружения, позволяющего дать ответ на вопрос о надежности клапана.

Макроциклическое нагружение может привести к возникновению

а) б)

Рис. 4. Распределение температурных окружных напряжений в клапане из базового титанового сплава, МПа: а) - номинальный режим; б) - холостой ход

Таблица 2.

Температуры в характерных точках клапанов, °С_

выпускной клапан

точки штатный титановый базовый титановый

(сталь-сталь) (ВТ6) сплав

ном. X. X. ном. X. X. ном. X. X.

1 742 333 774 347 767 343

2 603 300 591 301 595 301

3 713 337 735 353 728 348

ТТШ1 109 84 105 83 106 83

тах 742 358 774 388 767 387

Таблица 3.

Температурные напряжения в выпускном штатном клапане, МПа

точки номинальный режим резким холостого хода

Оо Со

1 -115 -116 116 -34.3 -34.5 34.5

2 -4.84 190 196 -1.34 49.1 50.9

3 2.28 4.39 8.21 0.128 2.28 2.40

шах — — 247 — — 61.4

Таблица 4.

Температурные напряжения в выпускном клапане из _базового титанового сплава, МПа___

точки номинальный режим режим холостого хода

Ог г СУо О, Or щ о,

1 -23.2 -23.3 23.4 -7.49 -7.53 7.55

2 -0.640 38.6 39.7 -0.220 10.5 10.9

3 -0.890 1.39 1.25 0.320 0.940 0.710

шах — — 50.7 — — 13.2

усталостных термотрещин. Поэтому в экспериментальной части работы было проведено термоциклирование вариантов конструкций выпускных клапанов на безмоторном тепловом стенде (штатный стальной клапан, титановый клапан из ВТб и клапан из базового титанового сплава). Клапан из ВТ6 рассматривался как промежуточный вариант.

Целью эксперимента являлось сравнение штатного и предлагаемого клапанов при одинаковом тепловом нагружении. Стендовые испытания позволяют резко сократить время проведения эксперимента за счёт ужесточения условий нагружения клапана. Выбор режимов нагружения и продолжительность испытаний осуществлялся на основании рекомендаций ГОСТ 18509-88 и ОСТ 23.3.21-87. Применялся стандартный цикл нагружения (коэффициент ускорения испытаний К=10), ужесточённый по термоперепадам. Продолжительность испытаний составляла 200 ч. для каждого клапана.

Согласно ГОСТ 18509-88 каждый цикл представляет собой последовательное чередование подциклов длительностью 6 минут для автомобильных двигателей: 180 с. холостой ход, наброс нагрузки, 180 с. номинал, сброс нагрузки. Таким образом, при проведении испытаний на безмоторном тепловом стенде подбором условий нагрева и охлаждения создаётся температурное поле, эквивалентное температурному полю клапанов на режимах холостого хода и номинальной мощности.

Так как для возникновения трещины требуется достаточно длительное время, то для ускорения процесса образования трещины в каждом клапане был сделан надрез глубиной 1.5 мм. Надрез был сделан электрофизическим способом проволочкой, диаметром 0.05 мм, что позволило добиться радиуса в вершине надреза не более 0.07 мм (меньше, чем предусмотрено стандартом на проведение испытаний на трещиностойкость).

Нагрев испытываемых клапанов осуществлялся галогенными лампами КГ-2000-4 путём подачи на лампы соответствующего напряжения. Раз-

линия в тепловой нагрузке впускного и выпускного клапанов моделируются нагревателем стенда, а так же различными условиями в патрубках головки. Во впускной канал подаётся воздух, который охлаждает шейку клапана: а в выпускной канал вставлены нагревательные элементы, которые моделируют горячие выпускные газы. Адекватность моделирования подтверждается близостью смоделированных температурных полей клапанов к полям температур в условиях двигателя.

Контроль теплового состояния головки и клапанов осуществлялся термопарами типа хромель-алюмель в термостойкой изоляции.

В ходе эксперимента в штатном клапане на 108 часу испытаний началось образование усталостной трещины, которая к концу испытаний достигла размера 2.1 мм. В клапане из базового титанового сплава образование термоусталостной трещины на протяжении эксперимента не наблюдалось (см. рис. 3). Клапан из ВТ6 после 100 часов был снят с испытаний в связи с возникновением большого количества окалины и чрезмерного окисления.

а) б)

Рис. 3. Тарелки клапанов после испытаний с надрезами:

а) стальной клапан (трещина есть),

б) клапан из базового титанового сплава (трещины нет)

В четвёртой главе проведена расчётная оценка термоусталостной прочности клапанов автомобильных двигателей.

Для этого проведён анализ причин повреждении при циклических нагрузках и предпринята попытка спрогнозировать ресурс работы клапана с применением методов механики разрушения в совокупности с использованием критерия малоннкловой усталости. Механика разрушения занимается процессами образования и распространения трещин в различных материалах при разных нагрузках, а полуэмпирические деформационные критерии

малоцикловой усталости (в данной работе используется деформационный критерий малоцикловой усталости Мэнсона для термической усталости ~ 104 циклов) дают возможность с помощью определенного размаха деформаций в цикле рассчитать количество циклов до разрушения.

Ресурсом клапана можно назвать временной отрезок, на протяжении которого клапан справляется с функциями, возложенными на него. Клапан перестаёт удовлетворять этим требованиям с началом образования свища и последующего прогара. Можно предположить, что свищ натает образовываться с нарушением уплотнения в сопряжении клапан-седло. В двигателях ВАЗ этот случай произойдёт, когда усталостная трещина достигнет длины в 2 мм. Следовательно, прочностная надёжность клапана ВАЗ определяется временем работы клапана до образования усталостной трещины и плюс время на развитие усталостной трещины до размера в 2 мм.

Количество циклов до разрушения N можно условно разделить на две составляющие: К) — количество циклов на образование усталостной трещины и её развитие до длины в 2 мы (что и является, по сути, ресурсом клапана); и - количество циклов на развитие трещины от размера в 2 мм до критической длшш.

N = N,+N2 (13)

Для оценки числа циклов до разрушения клапана N условно может быть использован критерий Мэнсона:

= (14)

Е

где Б = 1п 1/(1 - - коэффициент поперечного сужения материала при

растяжении; Ае - размах полной деформации в цикле.

Согласно механике разрушения непосредственно разрушение - это лавинообразный процесс распространения трещины после того, как трещина достигла критической длины. Критическая длина трещины /с может быть найдена методом механики разрушения при известных свойствах материала и напряжённого состояния в некотором удалении от трещины:

( К V '« = —^-г ' О5)

где К|с - критический коэффициент интенсивности напряжений трещины I рода - трещины отрыва (а именно такой тип развивается в клапане); стах -максимальное напряжение цикла.

Т.к. в данном случае наблюдается случай, близкий к термической усталости, и трещина в 2 мм является уже развитой трещиной, то второе сла-

гасмое N2 (2мм — /с) подчиняется законам распространения трещины при усталостном нагружении, закону Пориса:

^ = С,(ДК)", (16)

где ДК - размах коэффициента интенсивности напряжений в цикле; Сь п -постоянные материала.

Таким образом, определённый выше ресурс клапана может быть найден, если из количества циклов по Мэнсону вычесть количество шпатов по Пэрису на участке от 2 мм до /с.

Чтобы воспользоваться данной методикой, необходимо располагать постоянными материала по трещиностойкости. Имеется очень ограниченное число материалов, для которых эти постоянные определены. Для материалов, используемых в данной работе, таких данных, к сожалению, пока нет.

Для оценочного расчёта, в случае штатного клапана (сталь 55Х20Г9АН4), использованы постояшше по трещиностойкости для стали А514. Ресурс клапана составил 11200 циклов (15000 по Мэнсону и 3800 по Пэрису), что соответствует 1120 часам работы на стенде (с учётом коэффициента ускорения) или 11200 часов на двигателе. Т.к. в двигателе существуют ещё газовые силы и удары, то необходимо иметь коэффициент запаса (по рекомендациям для высокооборотных автомобильных двигателей для МГР п=1.б). Таким образом, прогнозируемый ресурс работы клапана в условиях двигателя составит 7000 часов.

В приложении представлены поля температур и основных напряжений после расчёта ТНДС вариантов конструкций выпускных клапанов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Облегчённая конструкция выпускного клапана из шггерметаллида Т1-А1 показала высокую термопрочность при циклическом нагружении, превосходящую термопрочность стального штатного клапана.

2. Разработана методика оценки термоусталостной прочности клапанов автомобильных бензиновых двигателей, позволяющая на базе расчёта теплового и напряжённо-деформированного состояния клапана на установившихся режимах методом конечных элементов в осесимметричной постановке перейти к расчёту термоусталостной долговечности клапана при циклическом тепловом нагружении на основе деформационного критерия Мэнсона и принципов линейной механики разрушения.

3. Представлена методика определения граничных условий теплообмена третьего рода для клапанов (как выпускных, так и впускных) автомобильных бензиновых двигателей для расчётов стационарных температурных полей на номинальном режиме и на режиме холостого хода.

4. Проведён сравнительный анализ осесимметричных конечно-элементных моделей выпускного клапана. Показано преимущество квадратичных элементов перед симплексными, а также, применительно к клапану, возможность отказа от трёхмерных расчётов ТНДС в пользу осесимметричных.

5. Разработана методика безмоторных стендовых испытаний, позволяющая организовать цикл термонагружения клапана в соответствии с требованиями испытаний на надёжность клапанов автомобильных двигателей. Проведены термоусталостные испытания клапанов из различных материалов в заданном диапазоне изменяемых температур.

6. Разработана система автоматического управления БТС, позволяющая в автоматическом режиме проводить испытания клапанов на термоусталость.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Способы использования сплавов на основе титана в конструкции и изготовлении клапанов ДВС / В.И. Панин, Ю.В. Бураков, Д.Б. Лукин и др. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвузовский сборник научных трудов- М., 1998. - Вып. XIV. - С.99-110.

2. Чайнов Н.Д., Лукин Д.Б., Панин В.И. Исследование теплового и напряжённо-деформированного состояния клапанов быстроходных автомобильных двигателей с применением новых материалов // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе: Тезисы докладов 3-ей Международной научно-технической конференции. - М., 1999. - С.158-159

3. Лукин Д.Б. Тепловая напряжённость выпускных клапанов быстроходных автомобильных двигателей // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды XII Школы-семинара молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. - М., 1999. - С. 166-169.

Зак. Тираж 100 экз. Объём 1 п. л.

Подписано к печати -10. ¿0 г._

Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Условия работы клапанов автомобильных бензиновых двигателей, основные виды поломок, разрушений и выходов из строя.

1.2. Анализ новых перспективных материалов для клапанов автомобильных бензиновых двигателей.

1.3. Анализ влияния различных факторов на трещиностойкость материалов.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. Расчётное исследование теплового и напряжённо-деформированного состояния клапанов автомобильного двигателя.

2.1. Методика расчёта осесимметричных конструкций методом конечных элементов.

2.2. Определение граничных условий теплообмена в квазистационарной постановке для расчёта температурного поля клапанов.

2.3. Сравнение осесимметричных конечно-элементных математических моделей анализа теплового и напряжённо-деформированного состояния клапана.

2.4. Результаты расчёта теплового и напряжённо-деформированного состояния клапанов.

3. Экспериментальное исследование теплового и напряжённо-деформированного состояния выпускных клапанов бензинового двигателя на безмоторном стенде при циклическом нагружении.

3.1. Обоснование режимов испытаний, задачи и объект исследований

3.2. Моделирование нестационарных процессов в условиях безмоторного стенда.

3.3. Методика термометрирования при тепловом нагружении.

3.4. Результаты экспериментальных исследований.

3.5. Оценка погрешности измерения.

4. Расчётная оценка термоусталостной прочности клапанов автомобильных двигателей.

4.1. Анализ повреждений при циклических нагрузках.

4.2. Условия роста трещины, критерии разрушения, коэффициенты интенсивности напряжений.

4.3. Усталостное разрушение, применение коэффициента интенсивности напряжений.

4.4. Малоцикловая усталость, деформационные критерии, методика прогнозирования ресурса выпускного клапана автомобильного бензинового двигателя.

Выводы.

Актуальность темы. Постоянный рост уровня форсирования двигателей приводит к повышению термомеханической напряжённости наиболее ответственных деталей ДВС; а задачи повышения ресурса, введение электронных систем управления автомобильных двигателей требуют более внимательного подхода к вопросам обеспечения надёжности всего двигателя, в том числе клапанного механизма. Автомобильные бензиновые двигатели работают, в основном, в условиях города, то есть резко переменных мощностных и скоростных режимов. Многократные циклические воздействия тепловых и механических нагрузок приводят к термомеханической усталости материала и образованию усталостных трещин. Наиболее теплонапряжённой деталью современного бензинового двигателя был и остаётся выпускной клапан. Выход из строя клапанов двигателя при повышении энергетических показателей и одновременном сохранении, а иногда и увеличении, ресурса является одной из существенных проблем.

Повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя в спортивных моделях, введение электронных систем управления клапанами и фазами газораспределения, которые позволяют резко улучшить практически все эффективные и экологические показатели двигателя, требуют создания нового лёгкого клапана, который будет удовлетворять условиям работы двигателя, иметь хорошую сопротивляемость термическим нагрузкам и образованию усталостных трещин.

Для осуществления данной идеи можно использовать методику оценки термоусталостной прочности клапанов автомобильных бензиновых двигателей, позволяющей с исследованием теплового и напряжённо-деформированного состояние (ТНДС) клапана на установившихся режимах определить ресурс клапана в условиях нестационарного термического нагружения, включая расчёт процесса распространения усталостной трещины.

Рис. 1.1. Причины, вызывающие повреждения выпускных клапанов

Анализ приведённых данных показывает, что повреждения выпускных клапанов являются следствием в первую очередь нарушения герметичности сопряжения клапан-седло и внутренних дефектов материала клапана. Эти нарушения вызваны различными причинами: короблением седла или тарелки клапана, перекосом клапана при подъёме или посадке (несоосность направляющей втулки и седла или увеличенного зазора в сопряжении стебель-направляющая втулка), наличием отложений или перегревом, а также технологией изготовления клапана. Каждый малый дефект поверхности фаски клапана приводит к развитию других дефектов, вызывающих прогрессивное локальное разрушение с последующим либо растрескиванием клапана, либо прогаром тарелки клапана.

То же самое наблюдается с тарелкой, если на стебле клапана происходит чрезмерное отложение нагара, который приводит к заеданию клапана в направляющей.

Для клапанов, имеющих наплавку на рабочей фаске из материала, обладающего высокой коррозионной стойкостью и твёрдостью (в частности в двигателях ВАЗ), коррозия возможна в местах сварки основного и наплавленного металлов. При этом часто выгорает основной металл, происходит сильное локальное разрушение или растрескивание тарелки клапана с отслоением материала наплавки (см. рис. 1.2). Если на фаску клапана наплавлен жаропрочный сплав, имеющий, к тому же, коэффициент линейного расширения не одинаковый с коэффициентом линейного расширения основного материала клапана, то в рабочем состоянии возникают дополнительные температурные напряжения, которые также способствуют образованию радиальных трещин на фаске клапана (рис. 1.4) [12].

При работе клапан подвергается цикличному тепловому воздействию. Амплитуда цикловых колебаний на фаске для бензинового автомобильного двигателя меньше, чем у дизеля, что обусловлено большей частотой вращения коленчатого вала, и составляет 5-10 °С [12,16,24,91,124]. Такие колебания тем

Выводы

Проведённые теоретические и расчётно-экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Облегчённая конструкция выпускного клапана из интерметаллида ТьА1 показала высокую термопрочность при циклическом нагружении, превосходящую термопрочность стального штатного клапана.

2. Разработана методика оценки термоусталостной прочности клапанов автомобильных бензиновых двигателей, позволяющая на базе расчёта теплового и напряжённо-деформированного состояния клапана на установившихся режимах методом конечных элементов в осесимметричной постановке перейти к расчёту термоусталостной долговечности клапана при циклическом тепловом нагружении на основе деформационного критерия Мэнсона и принципов линейной механики разрушения.

3. Представлена методика определения граничных условий теплообмена третьего рода для клапанов (как выпускных, так и впускных) автомобильных бензиновых двигателей для расчётов стационарных температурных полей на номинальном режиме и на режиме холостого хода.

4. Проведён сравнительный анализ осесимметричных конечно-элементных моделей выпускного клапана. Показано преимущество квадратичных элементов перед симплексными, а также, применительно к клапану, возможность отказа от трёхмерных расчётов ТНДС в пользу осесимметричных.

5. Разработана методика безмоторных стендовых испытаний, позволяющая организовать цикл термонагружения клапана в соответствии с требованиями испытаний на надёжность клапанов автомобильных двигателей. Проведены термоусталостные испытания клапанов из различных материалов в заданном диапазоне изменяемых температур.

6. Разработана система автоматического управления БТС, позволяющая в автоматическом режиме проводить испытания клапанов на термоусталость.

1. А. с. 1196721 СССР, МКИ G 01 М 15/00. Стенд для исследования теп-лонапряжённого состояния поршня двигателя внутреннего сгорания / А.Ф. Шеховцев, Ф.И. Абрамчук, A.M. Бачевский. №3744525 / 25 — 06; Заяв. 18.05.84; Опубл. 07.12.85, Бюл. №45. -3 с.

2. Автоматизированные тиристорные нагружающие устройства для испытания двигателей внутреннего сгорания: Тез. докл. науч.-техн. семинара. Саранск ,1988.-38 с.

3. Александров A.M., Кайдалов A.J1., Гарбузов Е.В. Метод форсированных стендовых испытаний дизелей на надёжность // Двигателестрое-ние. 1984. -№ 8. - С. 10-13.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. -М.: Машиностроение, 1980. Т. i. -552 с.; Т. 2кк 6 с.;'Т.Ъ. - 2. Я 7 с.

5. Ахременко В.Л., Покровский В.В., Трощенко В.Т. К оценке живучести дисков авиационных газотурбинных двигателей с трещинами // ХХШ Всесоюзное научное совещание по проблемам прочности двигателей: Тезисы докладов.-М.,1990. С. 12-13.

6. Башкардин А.Г. Испытание автомобильных двигателей: Учеб. пособие. -Л.: изд-во Ленинградского инж.-строит, ин-та, 1990. 61 с.

7. Бек Д., Блакуэлл Б., Сент-Клэр Ч. мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности. М.: Мир, 1989. - 312 с.

8. Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления: Справочник: Пер. с нем. -М.: Металлургия, 1988. 400 с.

9. Биктимиров Р.Л. Математическое обеспечение автоматизированных систем исследований и испытаний ДВС. М.: Машиностроение, 1995. -255 с.

10. Биргер И.А. Прогнозирование ресурса при малоцикловой усталости

11. Проблемы прочности. 1985. - № 5. - С.39- 44.

12. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёт на прочность деталей машин: Справочник. -М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

13. Богданов С.А. Исследование температурного состояния клапанов в быстроходном форсированном дизеле // Обзорная информация НИИФормТяжМаш: Сер. ДВС. 1972. - № 4-72-23. - С.22-28.

14. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

15. Браун У., Сроули Д. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. М.: Мир, 1972.-246 с.

16. Бугаков Ю.С. Исследование работы механизма газораспределения двигателя с применением скоростной киносъёмки // Двигателестроение. -1988. -№10. С.44-46, 59.

17. Бурин М.М., Ларионов В.В. Моделирование температурного состояния выхлопного клапана дизеля: Труды Ленинградского политех, ин-та. -1968.-№ 297. С. 16-24.

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

19. Температурные измерения: Справочник/Геращенко O.A., Гордов А.Н., Лах В.И. и др. Киев: Наукова Думка, 1984. - 496 с.

20. Говард, Саттон. Влияние теплового контактного сопротивления на перенос тепла между периодически контактирующими поверхностями // Теплопередача: Труды амер. общества инж.-механ. 1973. - Т 95, № 3. -С.27-40.

21. Грехов Л.В., Ивнн В.И. Физическая картина и метод расчёта в элементах выхлопной системы двигателя // Двигателестроение. 1988. - №12. -С.16-19.

22. Григорьев М.А. Ускоренные испытания автомобильных двигателей на надёжность и долговечность: Обзор. М.: изд-во НИИНАвтоПром, 1971.-35 с.

23. Гуреев A.A. Применение автомобильных бензинов. М.: Химия, 1972. - 368 с.

24. Данияров Б.А., Костин А.К., Михайлов Л.И. Распределение тепловых потоков по элементам тепловоспринимающей поверхностиу/Труды Ленинградского политех, ин-та. 1969. - №30. - С.23-37.

25. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей/Под ред. A.C. Орли-на, М.Г. Круглова. -М.: Машиностроение, 1984. 384 с.

26. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

27. Доможиров Л.И. Разработка подходов механики разрушения применительно к малым трещинам // XXII Всесоюзное научное совещание по проблемам прочности двигателей: Тезисы докладов.-М.,1988. С.87-88.

28. Дроздовский Б.А., Проходцева Л.В., Новосильцева Н.И. Трещиностой-кость титановых сплавов. М.: Металлургия, 1983. - 192 с.

29. Дроздовский Б.А., Фридман Я.Б. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии, 1960.-260 с.

30. Дульнев P.A., Бычков Н.Г., Рыбина Т.В. Модели долговечности при малоцикловом нагружении // Проблемы прочности. 1989. - № 4 - С.8-13.

31. Дульнев P.A., Котов П.И. Термическая усталость металлов. М.: Машиностроение, 1980. - 200 с.

32. Теплообмен в двигателях и теплонапряжённость их деталей /Дьяченко Н.Х., Дашков С.Н., Костин А.К. и др. Л.: Машиностроение, 1969. -248 с.

33. Дьяченко Н.Х., Костин А.К., Бурин М.М. К определению граничных условий при моделировании температурных полей в поршнях ДВС

34. Энергомашиностроение. 1967. - № 4. - С. 14-17.

35. Задков В.Н., Пономарёв Ю.В. Компьютер в эксперименте и программные средства систем автоматизации. М.: Наука, 1988. - 376 с.

36. Земанкова Я. Некоторые вопросы динамики разрушения // Проблемы прочности. 1985. -№1. - С.26-29.

37. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.

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

39. Ивин В.И., Грехов Л.В. Расчёт течения на начальном участке выпускного канала ДВС // Известия вузов. 1985. - №2. - С.68-72.

40. Ивин В.И., Грехов Л.В. Теплообмен в выпускном канале ДВС при закрытом клапане // Двигателестроение. 1987. - №4. - С.3-6.

41. Ивин В.И., Грехов Л.В. Физическая картина и метод расчёта теплообмена в элементах выпускной системы двигателя // Двигателестроение. 1988. -№ 12. - С. 16-19.

42. Интерметаллические соединения/ Под ред. И.И. Корнилова. М.: Металлургия, 1970. - 440 с.

43. Кавтарадзе Р.З. Экспериментальные методы определения нестационарных локальных тепловых нагрузок на поверхностях камер сгорания дизелей: Учеб. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995 49 с.

44. Карзов Г.П., Леонов В.П., Маргалнн Б.З. Механическая модель развития усталостной трещины. Сообщение 1 и 2 // Проблемы прочности. 1985. -№8. -С.9-18.

45. Качалов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1974. - 312 с.

46. Коваленко B.C. Металлографические реактивы: Справочник. М.: Металлургия, 1981. -120 с.

47. Колачёв Б.А., Мальков A.B. Физические основы разрушения титана. -М.: Металлургия, 1983. 160 с.

48. Корнилов И.И. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение. М.: Наука, 1975. - 310 с.

49. Корчемный Л.В. Механизм газораспределения автомобильного двигателя: Кинематика и динамика. М.: Машиностроение, 1981.-191 с.

50. Температурное состояние клапанов дизелей. Костин А.К., Ларионов

51. B.В., Михайлов ЛИ. и др. // Энергомашиностроение. 1974. - № 5.1. C.14-16.

52. Косяк А.Ф. Влияние состава газа в рабочем цилиндре четырёхтактного дизеля на величину коэффициента конвективного теплообмена И Двига-телестроение. 1988. -№12. - С.20-22.

53. Кочинев Ю.Ю., Серебренников В.А. Техника и планирование эксперимента: Учеб. пособие. Л.: изд-во Ленинградского политех, ин-та им. М.И. Калинина, 1986. - 70 с.

54. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

55. Краснокутский А.Н. Методика определения теплового и напряжённо-деформированного состояния крышек цилиндров транспортных дизелей с учётом неупругого деформирования материалов: Дисс. канд. техн. наук: 05.04.02.-М., 1992.

56. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. -М.: Мир, 1983. 512 с.

57. Кулинченко В.Р. Справочник по теплообменным расчётам. КиеыТэх-ника, 1990. - 165 с.

58. Кухаренко С.В. Повышение надёжности выпускных клапанов судовых среднеоборотных дизелей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.08.05. Владивосток, 1987.-256 с.

59. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 с.

60. Левина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. Л.: Энергоатомиздат, 1983. -320 с.

61. Левтеров A.M. Исследование теплового и напряжённо-деформированного состояния деталей цилиндропоршневой группы быстроходного дизеля при нестационарных нагружениях: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02.-Харьков, 1991.-211 с.

62. Лыков А. В. Тепломассообмен: Справочник М.: Энергия, 1978.- 480 с.

63. Майстров В.М., Розанов М.А., Фишгойт A.B. Модель роста малых трещин // XXIII Всесоюзное научное совещание по проблемам прочности двигателей: Тезисы докладов.-^! 990. С.121-122.

64. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. - 400 с.

65. Манджгаладзе A.A. Исследование течения в системе "цилиндр-клапан-выпускной канал" ДВС: Дисс. канд. техн. наук: 05.04.02. -М., 1981. -150 с.

66. Марочник сталей и сплавоу'Под ред. В.Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

67. Маслов Г.И., Пахомов В.В. Снижение теплонапряжённости выпускных клапанов тепловозного дизеля //Вестник ВНИИЖТ. ~1970.-№8- С.4-17.

68. Расчёт на трещиностойкость плоских элементов конструкций с использованием J-интеграла. Сообщение 1 и 2/Махутов H.A., Москвичёв В.В., Козлов А.Г. и др. // Проблемы прочности. 1988. - №8. - С.3-14.

69. Миллер B.C. Контактный теплообмен в элементах высокотемпературных машин. Киев: Наукова Думка, 1966. - 163 с.

70. Митчелл Э., Уэйт Р. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. Пер. с англ. М.: Мир, 1981. - 216 с.

71. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. =М.: Наука, 1980. =256 с.

72. Немец Я . Развитие усталостных трещин // Проблемы прочности. -1988. -№7. -С.9-18.

73. Новиков И.И., Ермишкин В.А. Микромеханизмы разрушения металлов. -М.: Наука, 1991.-386 с.

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

75. Оболонный И.В. Исследование влияния контактного теплообмена в элементах головок цилиндров дизелей на их тепловую напряжённость: Дисс. канд. техн. наук: 05.04.02. -М., 1991. 220 с.

76. Обработка резанием деталей двигателей из жаропрочных и титановых сплавов.-/Т/1976. ТР-943-73. --/54 с.

77. Павлов П.А. Основы инженерных расчётов элементов машин на усталость и длительную прочность. — Л.: Машиностроение, 1988. 252 с.

78. Способы использования сплавов на основе титана в конструкции и изготовлении клапанов ДВС/Панин В.И., Бураков Ю.В., Чайнов Н.Д. идр. II Автомобильные и тракторные двигатели: Межвузовский сборник научных трудов. 1998. - Вып. XIV. - С.99-110.

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

80. Партон В.З., Борисовский В .Г. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

81. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985. - 504 с.

82. Пензев В.Н. Прогнозирование зарождения и роста трещин в головках блоков цилиндров транспортных дизелей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. Барнаул, 1998. - 180 с.

83. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в ДВС. Л.: изд-во Ленинградского ун-та, 1983. - 244 с.

84. Петриченко P.M., Петриченко М.Р. Конвективный теплообмен в поршневых машинах. Л.: Машиностроение, 1979. - 232 с.

85. Поведение стали при циклических нагрузках/Под ред. В. Даля. М.: Металлургия, 1982. - 568 с.

86. К оценке ресурса дисков АГТД на стадии развития усталостных трещин. Сообщение 2/Покровский В.В., Трощенко В.Т., Цейтлин В.И. и др. // Проблемы прочности. 1994. - №12. - С.3-15.

87. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъёмных и неразъёмных соединений. М.: Энергия, 1971. - 216 с.

88. Порошин В.Б. Влияние формы цикла деформирования на накопление повреждения при различных типах малоциклового нагружения с выдержками И Проблемы прочности. 1988. - №1. - С.38-43.

89. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978. - 704 с.

90. Расчёты мапшностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник /Под ред. В.И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989.-520 с.

91. Розенблит Г.Б. Особенности расчёта и задание граничных условий при моделировании температурных полей в клапане и крышке цилиндра дизеля // Двигателестроение. 1982. - №9. - С.21-24.

92. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977. -216 с.

93. Розенблит Г.Б., Горелик Я .И. Теплообмен между клапанами и газом в цилиндре дизеля // Вестник ВНИИЖТ. 1970. - № 2. - С.21-23.

94. Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1988.-282 с.

95. Руссинковский С.Ю. Моделирование теплового состояния крышек цилиндров высокофорсированных транспортных дизелей на тепловом стенде: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. -М., 1986.

96. Серенсен C.B. Усталость материалов и элементов конструкций. -Киев: Наукова Думка, 1985.-Г2 .

97. Сертификационные испытания, исследования и совершенствование автомобилей и двигателей: Сб. науч. трудов. Под ред. Кутеева В.Ф. М., 1994. -103 с.

98. Сидоров А.А. Разработка методики физического моделирования теплового состояния поршней транспортных двигателей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. М., 1988. - 180 с.

99. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы. -М.: Металлургия, 1976. 448 с.

100. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений / Под. ред. Ю. Мураками. М. : Мир, 1990. -T.f-245c.;T:2.~i97c.

101. Станкевич И.В. Определение теплонапряжённости крышек цилиндров дизелей с учётом нелинейности задачи теплопроводности: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. -М., 1984. 144 с.

102. Стефановский Б.С. Исследование локальных граничных условий теп-лонапряжённых деталей поршневых двигателей: Дисс. . д-ра техн. наук: 05.04.02. Ярославль, 1974. - 299 с.

103. Стефановский B.C., Реппих А.Т., Черниченко A.C. Обогрев впускного трубопровода улучшает показатели быстроходного карбюраторного двигателя // Двигателестроение. 1987. -№6. - С.45-46.

104. Страдомский М.В., Максимов Е.А. Оптимизация температурного состояния деталей дизельных двигателей. Киев: Наукова Думка, 1987. -167 с.

105. Таблицы физических величин. Справочник/Под ред. И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

106. Температурные измерения: Сб. ст. Киев: Наукова Думка, 1989 - 704 с.

107. Теплообмен в двигателях и теплонапряжённость их деталей/Под ред. С.Н. Дашкова. Л.: Машиностроение, 1965. - 248 с.

108. Термодинамика и теплофизические свойства веществ: Сб. науч. трудов,-1987.-№131.-70 с.

109. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Скоренко Ю.С. Закономерности развития усталостных трещин в конструкционных сталях при двухчастот-ном нагружении // Проблемы прочности. 1985. - №10. - С.30-39.

110. Труфяков В.И., Ковальчук B.C. Определение коэффициента интенсивности напряжений при двухчастотном нагружении // Проблемы прочности. 1985. - №6. - С.3-6.

111. Усталость материалов при высокой температуре. Под. ред. Р.П. Скелто-на. М.: Металлургия, 1988. - 343 с.

112. Фарафонтов М.Ф. Испытания ДВС. Виды и методы: Учеб. пособие. -Челябинск: изд-во ЧГТУ, 1994. 77 с.

113. Фарафонтов М.Ф. Испытания ДВС. Установки и приборы: Учеб. пособие. Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1995. - 156 с.

114. Физические величины: Справочник /Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

115. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Машиностроение, 1974. -ТА -¿0L{ с.)Т. 1 - ^99 о.

116. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. - 364 с.

117. Чайнов Н.Д., Заребин В.Г., Иващенко H.A. Тепломеханическая напряжённость деталей двигателей. -М.: Машиностроение, 1977. 152 с.

118. Статический стенд для моделирования теплового состояния поршней транспортных форсированных дизелей/ Чайнов Н.Д., Петров В.Б., Сидоров A.A. и др. // Известия ВУЗов. 1988. - № 1. - С.81-84.

119. Чайнов Н.Д., Станкевич И.В., Руссинковский С.Ю. Повышение эффективности расчётов деталей ЦПГ с помощью МКЭ // Двигателестрое» ние,- 1983.-№9.-С. 16-18.

120. Чайнов Н.Д., Тимохин A.B., Петров В.Б. Модель расчёта температурного поля осесимметричных деталей цилиндропоршневой группы дизелей // Известия ВУЗов. 1986. - № 9. - С.77-91.

121. Чечулин Б.Б., Хесин Ю.Д. Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов. М.: Металлургия, 1987. - 208 с.

122. Шабров H.H. Метод конечных элементов в расчётах деталей тепловых двигателей. — Л.: Машиностроение, 1983. -212 с.

123. Ширяев В.М. Исследование температурного состояния выпускных клапанов ДВС/Труды Коломенского филиала ВЗПИ. 1970. - Вып. 4. -С.98-109.

124. Ширяев В.М. Повышение долговечности выпускных клапанов форсированных дизелей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. Коломна, 1983. - 193 с.

125. Шлыков Ю.П. Контактное термическое сопротивление. М.: Энергия, 1977.-328 с.

126. Щурков В.Е. Исследование напряжённого состояния выпускных клапанов автомобильных бензиновых двигателей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. -М.,1979. 180 с.

127. Albert М. Werkstoffverhalten unter thermomechanischer Beanspruchung am Beispiel der Zylinderkopf Ventilsteges: Diss. - Darmstadt, 1979. - S.62.-78.128 —

128. Felil G. Entwicklung einer Meßstrategie zur kontinuierlichen Erfassung von Kennlinien auf Motorenprüfstanden: Diss. Darmstadt; 1992. - 189 s.

129. Ludwig P. Methoden zur Untersuchung der lokalen Wärme-übertragung // Schiffbauforschung . 1980. - №> 3. - S.129-132.

130. Zapf H. Beitrag zur Untersuchung des Wärmeübergang während des Ladungswechsel im Viertakt-Dieselmotor/MTZ. 1969. - №12. - 30 s.

131. Maniette Y., Iganaki My Sakai M. Fracture, Toughness and Crack Bridging of a Silicon Nitride Ceramics^! Europ. Cerarn. Soc. 1991. - V. 7. -255-63.

132. Shen T.-S. Microstructure and Mechanical Properties of the in Situ ß-Si3N4 / a-Sialon Composite // J. Am. Ceram. Soc. 1994. - V. 9. - 2345-53.

133. Касандрова O.H., Лебедев B.B. Обработка результатов наблюдении. -М.: Наука, 1970. 104 с.

134. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. М.: Машиностроение, 1974. - 344 с.3