تحلیل خستگی چندمحوره منیفولد دود با درنظر گرفتن تنش ویسکوزیته
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
حجت عاشوری
1
(دانشکده مهندسی مکانیک، واحد ورامین-پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران)
کلید واژه: منیفولد دود, تحلیل اجزای محدود, خستگی چند محوره و تنش ویسکوزیته,
چکیده مقاله :
منیفولد دود به علت هندسه پیچیده و شرایط بارگذاری يکی از چالش برانگیزترين قطعات موتور است. این قطعه باید نوسانات سیکلی تنش های ترمومکانیکی را در طول عمر خود تحمل کند. بنابراین شبیه سازی و تحلیل ترک های خستگی آن لازم و ضروری است. در این پژوهش، تحلیل عمر خستگی کم چرخه منیفولد دود با استفاده از روش اجزای محدود و نرم افزار آباکوس به منظور پیش بینی دما و تنش و سپس عمر خستگی با استفاده از معیار چندمحوره صفحه بحرانی براون-میلر و نرم افزار MSC-FATIGUE انجام شده است. از ترکیب الگوی سخت شوندگی غیرخطی همگن-سینماتیک چابوچه با قانون تنش ویسکوز به منظور درنظر گرفتن اثر تنش ویسکوزیته استفاده شده است. نتایج تحلیل ترمومکانیکی نشان داد که بیشینه دما و تنش وان-مایسز 7/757 درجه سانتی¬گراد و 2/395 مگاپاسکال است و موقعیت آن در ناحیه همریختگاه است. پس همریختگاه منیفولد دود موتور ناحیه بحرانی است و احتمال ایجاد ترک های خستگی در آن وجود دارد. عمر خستگی منیفولد دود بدون و با در نظرگرفتن اثر تنش ویسکوزیته به ترتیب 9310 و 8850 سیکل محاسبه گردید. به عبارت دیگر درنظر نگرفتن اثر تنش ویسکوزیته در تحلیل عمر خستگی باعث می شود که تعداد سیکل های گسیختگی 460 سیکل یا حدود 2/5 درصد بیشتر از میزان مجاز تخمین زده شود. بنابراین لازم است اثر تنش ویسکوزیته در تحلیل عمر خستگی منیفولد دود درنظر گرفته شود. براي بررسي صحت نتايج تحلیل ترمومکانیکی و عمر خستگی، نتايج شبيه سازي شده با نمونه واقعي منیولد دود آسيب ديده مقايسه گردید و نشان داده شد که نواحي بحراني، مطابقت مناسبی با نواحي گسیختگی در نمونه واقعي دارد.
Due to the complex geometry and loading conditions, exhaust manifolds are the most challenging components among all parts of engines. They must withstand severe cyclic thermo-mechanical stresses throughout their lifetime. Thus, simulation and analysis of fatigue cracks is essential. In this paper, low cycle fatigue (LCF) life analysis of the exhaust manifold is performed by using the finite element method and ABAQUS software to predict the temperature and stresses and then LCF life by using Brown-Miller theory and MSC-FATIGUE software. The combination of the Chibcha nonlinear isotropic-kinematic hardening model with viscous stress law is used to consider the effect of viscosity stress. The results of finite element analysis showed that the maximum temperature and stress values in the exhaust manifold are 757.7°C and 395.2MPa and the position is at the confluence region. Therefore, the confluence area of the engine exhaust manifold is a critical area and there is a possibility of possible cracks in it. The fatigue life of the exhaust manifold without and considering the effect of viscosity stress was calculated as 9310 and 8850 cycles. In other words, neglecting the viscosity effect caused an estimation of 460 cycles or about 5.2% higher than the limit. Therefore, it is necessary to consider the viscosity effect in the analysis of the low cycle fatigue life of the exhaust manifold.