Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

fkЗдесь величины N , U устанавливают, соответственно,используя уравнение Поспишила итеорию упрочнения при ползучести [3,6]. При этомкаждый цикл термонагружения поршня в переходномпроцессе работы двигателя разбивается на расчетныеподинтервалы, для которых устанавливаютвеличины суммарных эквивалентных температур инапряжений:k kkt = t + 0,7Δ~t , (2)Величиныσikiktii= σиkiik+ 0 ,7Δσ~. (3)kikσ i отвечают решению задачинизкочастотного нагружения детали, а размахи~ k kΔt i, Δ σ ~i – высокочастотного.Рассмотрим важные особенности примененияметодики (1, 3) для оценки ресурсной прочностипоршней дизелей.1. Придерживаясь концепции гарантированногообеспечения ресурсной прочности конструкциина стадии ее проектирования, определяющимэту прочность переходным процессом для поршнядизеля является цикл холостой ход – режим максимальноймощности – холостой ход в принятой моделиэксплуатации [1,3,5,6]. Для тонкостенногопоршня бензинового ДВС определяющий переходныйпроцесс до настоящего времени не нашел своегообоснования.2. Поверхность КС поршня ДВС одновременновоспринимает высокочастотное изменение напряжений,возникновение которых определяетсяразной физической природой. Это механическиеkнапряжения σ ~ , вызываемые силами давленияMiгаза, и термическиеkσ ~Ti , обусловленные мгновеннымлокальным теплообменом газа со стенкой.При одновременном их воздействии на основанииисследований [7] размах эквивалентного их значенияопределяется как условная сумма размахов:гдеΔσ~ki= Δσ~kMi+ ψ Δσ~ikTi– коэффициент выносливости.ψ i, (4)Конструкция ДВСдля поршней дизелей соотношение между величинамиразмахов высокочастотных механических итермических напряжений таково, что выполняетсяусловиеk kk kΔσ~= Δσ~+ ψ Δσ~≈ Δσ~. (5)iM iНа практике учет особенности (5) позволяетотказаться от анализа высокочастотных механическихнапряжений, что существенно ускоряет процедуруоценки ресурсной прочности поршней безпотери точности результата.Применительно для тонкостенных поршнейбензиновых ДВС учет эквивалентных размахов (4)не осуществлялся, а условие (5) не проверялось.3. Согласно рассматриваемой методике оценкиресурсной прочности, определение и суммированиенапряжений (4) и далее (3) выполняется влинейной постановке. При этом связь между результатамилинейного расчетаи действительнымсостоянием материалаiT ikσ iдkσ iT iв зоне рассматриваемоголокального экстремума устанавливают наоснове обобщенного принципа Нейбера с учетомравенства Морроу,σki= σk miдk( σ )kiд E f iд⎢⎣⎡ σ + ε′ σ′1−mc / b⎤f⎥⎦, (6)а связь между амплитудой линейных напряженийсимметричного эквивалентного циклаи количествомциклов до разрушенияN fkкσ а екв, вызванныхусталостью в условиях единичного k-го цикла нагружения– на основе уравнения Поспишила:⎧⎪× ⎨σ′f⎪⎩⎡⎢⎢⎣σ⎧⎪⎨σ′f⎪⎩⎡⎢⎢⎣⎫cc ε ⎪( 2 ) + ⎥ ×kпл.наекв= N fkε′f⎤bcc εпл.н ( N ) + ⎥ + E ε′ ( 2N)⎤⎥⎦bm⎬⎪⎭c[ + ε ]1−m2 fkf fk пл.н ⎬ , (7)ε′f ⎥⎦⎪⎭Здесь Е – модуль упругости, для сплава АЛ25−2−42−73 3E = ( 71,8 + 7,7 ⋅10t − 5,7 ⋅10t + 4,6 ⋅10t ) ⋅10, МПаi[6]; ε′f – коэффициент усталостной вязкости, дляВ соответствии с данными [7] для поршневогосплава АЛ25сплава АЛ25 в зависимости от действующей среднецикловойтемпературы принимают: ψ i = 0,5 при−2−4−82ε′f = −2,94⋅10+ 2,01⋅10ti+ 3,0 ⋅10ti[6];σ′f – коэффициент усталостной прочности, дляk230ºС < ti< 290ºC и ψ i = 0,4 вне указанного интервала.Однако в работах [1,5] и др. показано, что−32сплава АЛ25 σ′f = 16,98+ 1,53ti− 3,62 ⋅10ti, МПа[6]; с – показатель циклической пластичности, с = –ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 75ii⎫⎪