Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ngành: Động Lực Tàu Thủy Tên đề tài: Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys... LỜI CẢM ƠN Trong thời

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

Cán bộ hướng dẫn: ThS MAI SƠN HẢI

NHA TRANG - 7/2013

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ngành: Động Lực Tàu Thủy

Tên đề tài: Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys Số trang: 80 Số chương: 06 Số tài liệu tham khảo: 9 Hiện vật: - 2 đĩa CD - 2 cuốn đồ án NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, ngày ……tháng……năm 2013

Th.S Mai Sơn Hải

Trang 4

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN

Ngành: Động Lực Tàu Thủy

Tên đề tài: Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys Số trang: 68 Số chương: 06 Số tài liệu tham khảo: 9 Hiện vật: - 3 đĩa CD - 3 cuốn đồ án NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định

ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys.”, cho đến nay nội dung đề tài đã được hoàn thành Ngoài sự nỗ lực

của bản thân, tôi còn được qua tâm giúp đỡ từ nhiều phía

Qua đây tôi muốn gửi lời cảm ơn tới các đơn vị, tập thể, cá nhân đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban chủ nhiệm khoa Kỹ Thuật Giao Thông – Trường đại học Nha Trang, các thầy trong bộ môn Động Lực Tàu Thủy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy Mai Sơn Hải, người đã tận tình theo sát hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ

và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày 12 tháng 7 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thành Quang

Trang 6

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS 5

2.1 Mở đầu 5

2.2 Cấu trúc bài tính trong Ansys 6

2.3 Các tính năng của Ansys 6

Chương 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 11

3.1 Giới thiệu động cơ D12 11

3.2 Kết cấu thanh truyền động cơ D12 14

3.3 Tính chu trình nhiệt động của động cơ D12 15

3.3.1 Chu trình nhiệt thực tế của động cơ D12 15

3.3.2 Nhiệt độ và áp suất trong chu trình nhiệt thực tế động cơ D12 16

3.3.2.1 Quá trình nạp 16

3.3.2.2 Quá trình nén 16

3.3.2.3 Quá trình cháy 17

Trang 7

3.3.2.4 Quá trình thải 17

3.3.3 Xây dựng đồ thị P- φ 19

3.4 Động học và động lực học cơ cấu TT- KT động cơ D12 21

3.4.1 Động học cơ cấu TT- KT 21

3.4.1.1 Chuyển vị của piston theo góc quay trục khuỷu 22

3.4.1.2 Vận tốc của piston theo góc quay trục khuỷu 22

3.4.1.3 Gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu 23

3.4.2 Động lực học cơ cấu TT- KT 24

Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH ỨNG SUẤT TT –KT ĐỘNG CƠ D12 29

4.1 Xây dựng mô hình lí thuyết tính ứng suất thanh truyền theo góc quay trục khuỷu 29

4.2 Xây dựng mô hình tính thanh truyền trong Ansys 34

Chương 5: KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT THEO MÔ HÌNH XÂY DỰNG 44

5.1 Kết quả tính ứng suất thanh truyền bằng phương pháp truyền thống 44

5.2 Kết quả tính ứng suất thanh truyền bằng phần mềm Ansys 48

5.3 So sánh kết quả nghiên cứu 73

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77

6.1 Tóm tắt kết quả đề tài 77

6.2 Đánh giá kết quả của đề tài 77

6.3 Đề nghị hướng phát triển của đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 8

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Xem xét đặc tính dòng không khí qua xe đua thể thức 1, mô

phỏng bằng phần mềm Ansys 7

Hình 2.2 Mô phỏng mật độ phân bố dòng từ trường bằng phần mềm Ansys 7

Hình 2.3 Mô phỏng dao động trục TurBine bằng phần mềm Ansys 8

Hình 2.4 Kết quả thu được từ mô phỏng buồng đốt sinh học bằng phần mềm Ansys 9

Hình 2.5 Mô phỏng sự thay đổi hình dạng mô hình vật liệu dẻo 9

Hình 2.6 Mô phỏng phân bố vùng ứng suất trên mủi máy bay bằng phần mềm Ansys 10

Hình 2.7 Mô phỏng phân bố ứng suất trên gậy bóng chày bằng phần mềm Ansys 10

Hình 3.1 Đồ thị công khai triển P-φ động cơ D12 21

Hình 3.2 Lực tác dụng lên cơ cấu KT-TT 22

Hình 3.3 Đồ thị chuyển vị piston theo góc quay trục khuỷu 23

Hình 3.4 Đồ thị vận tốc piston theo góc quay trục khuỷu 24

Hình 3.5 Đồ thị gia tốc piston theo góc quay trục khuỷu 24

Hình 3.6 Đồ thị tổng lực tác dụng lên chốt piston 27

Hình 3.7 Đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên thành xylanh 28

Hình 3.8 Đồ thị lực tác dụng dọc trục thanh truyền 28

Hình 4.1 Vị trí piston theo góc quay trục khuỷu 30

Hình 4.2 Mô hình mẫu 2D phân bố vị trí piston và thanh truyền theo góc quay trục khuỷu trong quá trình cháy giãn nở 33

Hình 4.3 Mô hình động cơ D12 mô phỏng trong Ansys 34

Hình 4.4 Mô hình chia lưới thanh truyền động cơ D12 38

Trang 9

Hình 4.5 Xác định mặt cần đặt lực 39

Hình 4.6 Mô hình đặt lực trên thanh truyền 40

Hình 4.7 Đầu dưới của thanh truyền BC lắp theo kiểu khớp bản lề 41

Hình 4.8 Đầu dưới của thanh truyền BC bị ngàm chặt 41

Hình 4.9 Xác định mặt cần cố định 42

Hình 4.10 Mô hình thanh truyền sau khi áp đặt tải và điều kiện biên 43

Hình 5.1 Đồ thị ứng suất mặt cắt ngang tại nơi chuyền tiếp từ thân đến các đầu của thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng phương pháp truyền thống 47

Hình 5.2 Mô phỏng vùng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 371,60 48

Hình 5.3 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang, nơi chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =371,60 48

Hình 5.4 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang, nơi chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =371,60 49

Hình 5.5 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của thanh truyền tại vị trí φ =371,60 49

Hình 5.6 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của thanh truyền tại vị trí φ = 371,60 50

Hình 5.7 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của thanh truyền tại vị trí φ = 371,60 50

Hình 5.8 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 3800 51

Hình 5.9 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =3800 52

Hình 5.10 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =3800 52

Trang 10

Hình 5.11 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của

thanh truyền tại vị trí φ =3800 53 Hình 5.12 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của

thanh truyền tại vị trí φ = 3800 53 Hình 5.13 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của

thanh truyền tại vị trí φ =3800 54 Hình 5.14 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 4050 55 Hình 5.15 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi

chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =4050 55 Hình 5.16 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi

chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =4050 56 Hình 5.17 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của

chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ

=4300 59 Hình 5.22 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi

thanh truyền tại vị trí φ = 4300 60

Trang 11

Hình 5.25 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của

thanh truyền tại vị trí φ =4700 63 Hình 5.31 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của

thanh truyền tại vị trí φ =5400 68 Hình 5.38 Đồ thị ứng suất tại mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến

đầu dưới thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng phần mềm Ansys 70

Trang 12

Hình 5.39 Đồ thị ứng suất tại mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến

đầu trên thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng phần mềm Ansys 70 Hình 5.40 Đồ thị ứng suất các mặt của thanh truyền theo góc quay trục

khuỷu bằng phần mềm Ansys 71 Hình 5.41 Đồ thị ứng suất tại vị trí mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ

thân đến đầu dưới thanh truyền 74 Hình 5.42 Đồ thị ứng suất tại vị trí mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ

thân đến đầu trên thanh truyền 74

Trang 13

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thực tế để tạo ra một mô hình tối ưu đáp tốt các yêu cầu kỷ thuật, tính kinh tế thì phải trải qua hàng loạt các nghiên cứu bằng thực nghiệm.Tuy nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng này rất phức tạp và tốn kém, đặc biệt trong những điều kiện ngặt nghèo khó có thể thực hiện nghiên cứu bằng thực nghiệm

Ngày nay với sự phát triển mạnh về công nghệ thông tin, máy tính được sử dụng trong việc mô phỏng tính, toán được đánh giá khá hữu hiệu, làm giảm thiểu khối lượng nghiên cứu thực nghiệm, kết quả tính toán có độ chính xác cao, đáng tin cậy

Với ý tưởng đó Khoa Kỹ Thuật Giao Thông Trường Đại Học Nha

Trang đã giao cho tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định ứng suất tác

dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys” Nội

dung của đề tài bao gồm các chương sau:

Chương 1: TỔNG QUAN.

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS.

Chương 3: TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC - ĐỘNG LỰC HỌC

Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH ỨNG SUẤT TT – KT ĐỘNG CƠ D12 Chương 5: KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT THEO MÔ HÌNH XÂY DỰNG

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Do thời gian, kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm sử dụng phần mềm còn nhiều hạn chế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài Kính mong quý thầy cô, các bạn cùng những ai quan tâm đến vấn đề này góp ý bổ sung để đề tài được hoàn thiện hơn

Nha trang, ngày 12 tháng 7 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thành Quang

Trang 14

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Thanh truyền là một trong những chi tiết quan trọng dùng để truyền áp lực khí cháy từ piston tới cổ trục khuỷu, chịu lực tải động lớn, chế tạo tương đối khó khăn trong các chi tiết của động cơ Nó có đặc điểm hình học phụ thuộc vào từng lọai động cơ, tốc độ piston, số kỳ và mục đích sử dụng Thanh truyền làm việc trong điều kiện chịu tác động của các loại tải động trong suốt quá trình khai thác

Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu tác dụng của áp lực khí thể sinh ra trong quá trình cháy, các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến, lực ma sát và trọng lực Các lực này sinh ra mômen uốn, thay đổi cả về trị số lẫn phương chiều theo vị trí piston trong chu trình làm việc

Do tác dụng của những lực và mômen nêu trên nên thanh truyền luôn làm việc trong điều kiện chịu ứng suất nén, ứng suất uốn và đôi khi có cả ứng suất kéo Hình dáng kết cấu thanh truyền tạo nên ứng suất tập trung lớn nhất tại mặt ngoài nơi chuyển tiếp giữa thân và đầu thanh truyền (chỗ ngàm)

Điều kiện làm việc của thanh truyền phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: giá trị và tính chất của áp lực trên đỉnh piston, độ cứng, việc lựa chọn các lọai vật liệu, chất lượng công nghệ chế tạo lắp ghép

Do xu hướng tăng cường độ làm việc của động cơ như: tăng tốc độ quay, sử dụng các biện pháp nhằm nâng cao công suất, giảm kích thướt hình học, tiết kiệm vật liệu, làm cho ứng suất trong thanh truyền tăng lên Điều này dẫn đến giảm tính tin cậy khi làm việc của thanh truyền trong quá trình sử dụng Vì vậy thanh truyền phải luôn đảm bảo về độ tin cậy trong những điều

Trang 15

kiện làm việc khác nhau, đảm bảo độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn, đảm bảo thời hạn sử dụng, kích thướt hình dáng hình học đảm bảo ứng suất gây ra đến mức nhỏ nhất

Vì vậy xác định một cách chính xác giá trị và vị trí ứng suất trong thanh truyền là rất cần thiết, làm tối ưu hóa thanh truyền, cơ sở cho việc nâng cao

độ tin cậy, tuổi thọ thanh truyền nói riêng và đảm bảo an toàn khi khai thác của động cơ nói chung Đồng thời đưa ra đặc điểm hình học phù hợp nhầm nâng cao khả năng tiết kiệm vật liệu

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thanh truyền làm việc trong điều kiện chịu tác động của nhiều loại tải động, thay đổi chiều có chu kỳ không đối xứng, nó rất dể bị cong vênh và rạn nứt, dẫn đến vị trí không đúng của trục thanh truyền và các mặt phẳng

Khi phân tích chỗ rạn nứt, công vênh của thanh truyền, người ta thấy rằng đa số các trường hợp vật liệu bị phá hủy theo độ bềnh mỏi.Tại nơi có ứng suất tập trung lớn nhất mà nguyên nhân là do áp lực khí thể sinh ra trong quá trình cháy và lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến gây nên

Do đó trong đề tài này mục tiêu là xác định ứng suất trong thanh truyền động cơ dưới tác dụng của lực khí cháy trong buồn đốt và lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Từ các thông số kỹ thuật và kết cấu của động cơ ta tính toán các quá trình nhiệt động, động học và động lực học Vẽ các đồ thị áp suất, chuyển vị, vận tốc, gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu

Sau khi tính toán đầy đủ các thông số ta xây dựng mô hình Sử dụng phần mềm ansys vẽ mô hình và xác định ứng xuất trên thanh truyền

Trang 16

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài được nghiên cứu trên thanh truyền của đông cơ D12(lọai 195S) Thực tế trong quá trình làm việc động cơ hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: chế độ khởi động, chế độ hoạt động ổn định, chế độ ngừng đột ngột động cơ, chế độ thay đổi tải, chế độ quá tải, chế độ tải trọng nặng…

Quá trình hoạt động của động cơ (nạp, nén, cháy – giản nở, xả) thì quá trình cháy – giãn nở gây ra hư hỏng lớn nhất cho động cơ, đây là quá trình làm việc nguy hiểm nhất

Do thời gian có hạn nên trong đề tài này tôi xin nghiên cứu: Xác định ứng xuất trong thanh truyền ở quá trình cháy – giãn nở, theo góc quay trục khuỷu, trong trường hợp động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nặng

Trang 17

Chương 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS

Trong chương này đề cập về cấu trúc bài tính trong Ansys, tính năng của Ansys được ứng dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học

2.1 MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghiệp trên thế giới đang tiếp tục phát triển ở mức độ cạnh tranh toàn cầu Các nhà chế tạo không ngừng đưa ra các kiểu dáng mô hình mới để cạnh tranh lẫn nhau Tuy nhiên, để có được một mẫu

mô hình mới đảm bảo tiêu chuẩn, đáp ứng tốt yêu cầu người sử dụng, giá thành hợp lí thì không phải là dễ dàng Với sự hỗ trợ của máy tính có khá nhiều phần mềm đáp ứng được yêu cầu trên Trong đó Ansys là một chương trình lớn, rất mạnh mẽ

Ansys được lập ra từ năm1970, do nhóm nghiên cứu của Dr John Swanson, tại Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ.Từ đó, Ansys nhanh chóng lan sang các nước khác trên thế giới chẳng hạn như: CHLB Đức, Áo, Thụy Sĩ, Nhật, Trung Quốc….qua nhiều phiên bản khác nhau như: Ansys4.4, Ansys5.0…… phiên bản mới nhất hiện nay là Ansys14.5

Ansys là một hệ thống đa tính năng Trong hệ thống này, bài toán cơ kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hửu hạn lấy chuyển vị làm gốc

Phương pháp phần tử hửu hạn là một phương pháp số, dùng để giải các bài toán cơ học Tư tưởng của phương pháp là chia vật thể ra thành một tập hữu hạn các miền con liền nhau nhưng không liên kết hoàn toàn với nhau trên khắp từng mặt biên của chúng Trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất được xác định trong từng miền con Mỗi miền con được gọi là một phần tử hữu hạn Các phần tử được nối kết với nhau qua các nút, nút được đánh số theo thứ tự từ 1 đến n

Trang 18

2.2 CẤU TRÚC BÀI TÍNH TRONG ANSYS

Cấu trúc trong bài tính Ansys gồm 3 phần chính:

2.3 CÁC TÍNH NĂNG CỦA ANSYS

Khả năng mô hình hóa của phương pháp số trong Ansys được sử dụng rộng khắp ở nhiều lĩnh vực khác nhau như: Tính toán chi tiết máy, cơ học lưu chất (Ansys Fluid), tính toán nhiệt (Thermal), tính toán về điện (Electric), tính toán về từ trường (Magnetic – Nodal), tính toán cấu trúc (Structural)…v v

Cấu trúc bài tính trong Ansys

Trang 19

+ Lĩnh vực cơ học lưu chất: Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô

phỏng, phân tích, hiển thị đường đi của dòng không khí qua xe đua thể thức 1, xác định vùng phân bố áp suất tập trung, từ đó phân tích sâu hơn và xử lý được một số vấn đề lực cản, tối ưu hóa trong thiết kế kiểu dáng xe, để đem lại kết quả cao nhất cho các vận động viên nhưng vẫn đảm bảo độ an toàn tuyệt đối

Hình 2.1 Xem xét đặc tính dòng không khí qua xe đua thể thức 1, mô

phỏng bằng phần mềm Ansys

+ Lĩnh vực về từ trường: Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô

phỏng từ trường sinh ra khi dòng điện đi qua cuộn dây cuốn quanh lỏi thép Kết quả của việc mô phỏng giúp ta xác định được mật độ và hướng đi của dòng từ trường, từ đó xử lí một số vấn đề về thời gian đóng mở của van điện

từ Đảm bảo an toàn, chính xác, nâng cao hiệu quả cho người sử dụng

Hình 2.2 Mô phỏng mật độ phân bố dòng từ trường bằng phần mềm Ansys

Trang 20

+ Về lĩnh vực tính dao động: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong

việc mô phỏng quá trình dao động của trục TurBine Kết quả của việc mô phỏng giúp ta xác định được biên độ dao động, cường độ dao động của trục Qua đó đưa ra giải pháp hạn chế vấn đề dao động trục TurBine

Hình 2.3 Mô phỏng dao động trục TurBine bằng phần mềm Ansys

+ Lĩnh vực tính toán nhiệt: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong

việc mô phỏng quá trình hoạt động của buồng đốt nhân tạo Các kết quả mô phỏng của phần mềm được sử dụng để cải tiến trong thiết kế, từ đó nâng cao hiệu quả nhiệt cũng như việc giảm lượng khí thải cacbon, oxit nitơ và bụi Xác định điểm nóng bên trong buồng đốt, nơi nhiệt độ nguy hiểm và xác định được khu vực ăn mòn cao Việc phân tích vùng nhiệt độ tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn thép thích hợp trong chế tạo vỏ, đảm bảo tốt trong việc tối ưu hóa quá trình vận hành buồng đốt

Trang 21

Hình 2.4 Kết quả thu được từ mô phỏng buồng đốt sinh học bằng phần

mềm Ansys

+ Lĩnh vực vật liệu: Quá trình biến đổi trạng thái, hình dáng mô hình

một vật thể sau khi bị tác động của lực, chuyển động trong không gian luôn gợi sở thích tìm hiểu Kết quả mô phỏng phần mềm Ansys giúp ta thấy được chuyển biến, biến đổi mô hình vật liệu, từ đó phân tích sau hơn, tìm hiểu rỏ đặc tính cấu trúc vật liệu Đồng thời lựa chọn được loại vật liệu phù hợp trong sản suất công nghiệp

Hình 2.5 Mô phỏng sự thay đổi hình dạng mô hình vật liệu dẻo

+ Lĩnh vực hàng không: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong việc

mô phỏng, phân tích, tính toán thiết kế chế tạo máy bay Đặc biệt quan trọng trong việc mô phỏng một số trường hợp khó khăn khi tiến hành bằng thực nghiệm, nếu tiến hành được bằng thực nghiệm thì chi phí cũng rất lớn Các

Trang 22

kết quả mô phỏng của phần mềm được sử dụng trong việc tối ưu hóa mô hình máy bay, xác định vùng ứng suất, vùng biến dạng, vùng có áp suất phân bố lớn nhất, nâng cao hiệu quả kinh tế, chọn loại vật liệu thích hợp chế tạo vỏ máy bay Phương pháp mô phỏng số giúp giảm được chi phí, nguyên vật liệu cũng như bảo vệ môi trường

Hình 2.6 Mô phỏng phân bố vùng ứng suất trên mủi máy bay bằng phần

mềm Ansys

+ Trong lĩnh vực thể thao : Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô

phỏng, phân tích, hiển thị sự phân bố vùng ứng suất, vùng biến dạng, từ đó phân tích sâu hơn và xử lí cho ra các mô hình dụng cụ thể thao tối ưu, đảm bảo an toàn,tiết kiệm vật liệu, đem lại kết quả cao nhất cho các vận động viên

Hình 2.7 Mô phỏng phân bố ứng suất trên gậy bóng chày bằng phần

mềm Ansys

Trang 23

Chương 3 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC

VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

Trong chương này trình bày các thông số kỹ thuật, kết cấu thanh truyền động cơ D12 Tính toán các chu trình nhiệt động học, động học và động lực học của cơ cấu thanh truyền khuỷu trục Vẽ đồ thị công khai triển P-

φ, đồ thị chuyển vị S (φ), đồ thị vận tốc V (φ), đồ thị gia tốc a (φ), đồ thị lực tổng lực tác dụng lên chốt piston P (φ), đồ thị lực tác dụng dọc trục thanh truyền Ptt (φ), đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên thành xylanh N (φ)

3.1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ D12

Động cơ D12 là động cơ diesel cao tốc một xylanh, làm mát kiểu bốc hơi, có kết cấu gọn nhẹ, lắp ráp và sửa chữa đơn giản, vận hành êm dịu Có cấu tạo thanh truyền đơn giản

Trang 24

Bảng 3.0 : Thông số kỹ thuật động cơ D12

Trang 26

3.2 KẾT CẤU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ D12

Thân thanh truyền có tiết diện hình chữ I, đảm bảo độ cứng lớn nhất, trọng lượng nhỏ nhất, đồng thời có khả năng thuôn đều từ đầu tới thân, được chế tạo bằng cách dập nóng Các gờ của tiết diện I tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to, tạo khả năng chuyển tiếp đều giữa đầu với thân

Trang 27

Đầu nhỏ thanh truyền được rèn liền với thân, có hình tròn xoay Kích thướt ngoài của đầu trên thanh truyền được xác định theo đường ngoài của chốt piston, khả năng đặt nó trong lòng piston nhầm đảm bảo độ bền, độ cứng và tính tin cậy khi làm việc, đồng thời đảm bảo phân bố ứng suất đều đặn ở đầu thanh truyền

Đầu to thanh truyền được làm liền với thân để giảm bớt kích thướt và trọng lượng, chỗ chuyển tiếp có độ thuôn đều để tránh tập trung ứng suất, đảm bảo độ cứng vững và tính tin cậy Ngoài ra đầu to thanh truyền còn được cắt vát, mặt cắt này tạo với đường tâm thanh truyền một góc φ=300 nhầm giảm lực tác động lên bulông thanh truyền

3.3 TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ D12

3.3.1 Chu trình nhiệt thực tế của động cơ D12

Chu trình làm việc thực của động cơ biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong xylanh phụ thuộc vào thể tích môi chất công tác chứa trong xylanh,

nó là cơ sở cho việc xác định các thông số kỹ thuật chính của động cơ

Chu trình làm việc thực của động cơ khác với chu trình lý thuyết ở chỗ,

có sự thay đổi môi chất công tác sau mỗi chu kỳ làm việc Do đó có sự tổn thất năng lượng do sự cản dòng chảy của khí mới nạp và sản phẩm cháy ra khỏi không gian công tác, đồng thời trong chu trình làm việc thực luôn luôn xảy ra sự trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác với thành xilanh

Chu trình làm việc thực của động cơ Diesel phức tạp hơn nhiều so với chu trình lý thuyết, nên trong tính toán chúng ta không đề cập hết các thông

số ảnh hưởng đến quá trình nhiệt động lực học trong động cơ mà phải lượt đi những thông số ảnh hưởng không đáng kể Cụ thể là:

- Trong quá trình nạp ta xem áp suất của cả quá trình là không thay đổi

và có giá trị bằng áp suất trung bình của hành trình nạp

Trang 28

- Quá trình nén cũng được xem như quá trình đa biến với chỉ số nén n1

không thay đổi

- Quá trình cháy trong động cơ là quá trình phức tạp nhất trong chu trình làm việc của động cơ Để đơn giản hóa trong tính toán ta phân quá trình cháy ra 2 giai đoạn: cháy đẳng tích và cháy đẳng áp

- Khi tính toán quá trình giản nở chúng ta xem chỉ số giản nở đa biến n2

không thay đổi

3.3.2 Nhiệt độ và áp suất trong chu trình nhiệt thực tế động cơ D12

3.3.2.1 Quá trình nạp

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp

K T

T T T

r

r r K K a

0

33904

,01

750

*04,030293

+

++

=+

+

∆+

=

γ

(3.1)Chọn Tk = T0 = 293 0K

- Áp suất cuối quá trình nạp

2

1 11,5 815

2

5,9

Trang 29

- Thể tích khi piston ở vị trí áp suất lớn nhất

z

c z

0

2181044

,1

1027

*774,1

*25,1

86

17 1

0 1

17 , 1 1

Trang 30

Bảng 3.1 : Kết quả tính chu trình nhiệt động của động cơ D12

17 Nhiệt độ cuối quá trình

giản nở

Trang 31

18 Áp suất cuối quá trình

11

= 1 1 cos( ) 1 1 sin ( ))

λ

ϕ λ

ϕ

dh

Trang 32

T(φ)

0

K 371,60

……

5400

Trong đó

)()

ε

ϕ V a

P(φ) = Pz δ(φ)-n2 - Áp suất khí cháy theo φ

T(φ) = Tz δ(φ)1-n2 -Nhiệt độ khí cháy theo φ

)(

)()(

z

ψ

ϕψϕ

ψ(φ) – Hệ số tổn thất hành trình lớn nhất do trao đổi khí theo φ ψ(φ) – Hệ số tổn thất hành trình lớn nhất do trao đổi khí khi piston tại z

Trang 33

Từ các số liệu lấy trong Bảng 3.2 và Bảng 3.3 ở phần phụ lục ta xây

dựng được đồ thị áp suất (hình 3.1) tác dụng lên đỉnh piston trong chu trình hoạt động thực tế động cơ Diesel D12 theo góc quay trục khuỷu

Hình 3.1 Đồ thị công khai triển P-φ động cơ D12

3.4 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TT- KT ĐỘNG CƠ D12 3.4.1 Động học cơ cấu TT- KT

Thanh truyền chịu tải trọng phức tạp trong quá trình hoạt động của động cơ, hai nguồn tải chính: áp lực khí thể sinh ra trong quá trình cháy, lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến

Từ phương pháp phân tích véctơ ta xem xét giải quyết, tính toán các thông số động lực học theo phương trình chuyển động của góc quay trục khuỷu

Trang 34

Hình 3.2 Lực tác dụng lên cơ cấu KT-TT

3.4.1.1 Chuyển vị của piston theo góc quay trục khuỷu

Phương trình chuyển vị của piston theo góc quay trục khuỷu

3.4.1.2 Vận tốc của piston theo góc quay trục khuỷu

Lấy vi phân phương trình (3.18) ta được phương trình vận tốc

30

n

π

ω =

Trang 35

n : tốc độ quay của động cơ (vòng/phút)

3.4.1.3 Gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu

Lấy vi phân phương trình (3.19) ta được phương trình gia tốc

ϕ

2 r 2dt

Căn cứ vào số liệu Bảng 3.4 phần phụ lục ta xây dựng đồ thị chuyển vị,

vận tốc, gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu

Hình 3.3 Đồ thị chuyển vị piston theo góc quay trục khuỷu

Trang 36

Hình 3.4 Đồ thị vận tốc piston theo góc quay trục khuỷu

Hình 3.5 Đồ thị gia tốc piston theo góc quay trục khuỷu

3.4.2 Động lực học cơ cấu TT- KT

- Khối lượng chuyển động của nhóm piston

)/(

2 kg m D

M F

M

p

np np

π

=

(3.21)

Trang 37

Pkt : áp suất khí thể trong xylanh (N/m2)

- Công thức liên hệ giữa góc trục khuỷu và góc thanh truyền:

))(sin(

β

L

r a

2

m N

Trang 39

Căn cứ vào số liệu Bảng 3.5 ta xây dựng được đồ thị lực pháp tuyến tác

dụng lên thành xylanh, lực tác dụng dọc thanh truyền, tổng lực tác dụng lên chốt piston

Hình 3.6 Đồ thị tổng lực tác dụng lên chốt piston

Hình 3.7 Đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên thành xylanh

Trang 40

Hình 3.8 Đồ thị lực tác dụng dọc trục thanh truyền

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	1,94 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
1. Hồ Tuấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong (tập 1, 2, 3), Nhà xuất bản giáo dục	Khác
2. PGS.TS . Nguyễn Trọng Hùng, PGS.TS. Nguyễn Trọng Giảng, Ansys và mô phỏng số trong công nghiệp bằng phần tử hữu hạn, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật	Khác
3. PGS. TS. Quách Đình Liên, Thiết kế nguyên lý động cơ Diesel, Nhà xuất bản nông nghiệp	Khác
4. Quách Đình Liên – Nguyễn Văn Nhận, Động cơ đốt trong tàu cá, Nhà xuất bản nông nghiệp	Khác
5. TS Lê Viết Lượng, Lý thiết động cơ Diesel, Nhà xuất bản giáo dục	Khác
6. Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất bản giáo dục	Khác
7. Đinh Bá Trụ, Hướng dẫn sử dụng Ansys, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật	Khác