تحلیل اجزای محدود آسیب خستگی در بستار موتور دیزل سواری تحت بارگذاری های نوسانی مکانیکی- حرارتی

نویسندگان

چکیده

در این مقاله، به تخمین عمر خستگی مکانیکی- حرارتی بستار یک موتور دیزل سواری پرداخته شده است. ابتدا از الگوی ارتجاعی- مومسان لزج دولایه موجود در نرم افزار آباکوس، به منظور محاسبه توزیع تنش و کرنش در بستار استفاده شده است. ثوابت مادی این الگو، با تطبیق منحنی­های هیسترزیس تنش- کرنش حاصل از شبیه­سازی و آزمون­های خستگی کمچرخه و مکانیکی- حرارتی، بر روی همبسته آلومینیم- سیلیسیم- منیزیم بدست آمده است. به منظور تخمین عمر خستگی بستار، از دو الگوی آسیب خستگی پرکاربرد، شامل الگوی انرژی کرنشی مومسان تصحیح شده و الگوی شهید اغلو استفاده شده است. نتایج هر دو الگو، مکان ترک خستگی در بستار را بین دریچه ها تخمین زدند که این نتیجه با مشاهدات تجربی مطابقت دارد. نتایج هر دو الگو نیز، مشابه بوده اما الگوی انرژی، با توجه به سادگی فرمولاسیون آن و تعداد کمتر ثوابت مادی، الگوی مناسب­تری نسبت به الگوی شهید اغلو، برای تخمین عمر خستگی مکانیکی- حرارتی قطعات، بشمار می­رود.   

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Finite element analysis of fatigue damage in passenger-car diesel engine cylinder head under cyclic thermo-mechanical loadings

چکیده [English]

In this article, the thermo-mechanical fatigue lifetime of the cylinder head of a passenger-car diesel engine has been estimated. At the first stage, stress and strain distributions in the cylinder head have been calculated using the two-layer visco-plastic model, available in the ABAQUS software. The calibration of the model was performed, using correlating of simulated hysteresis curves and low-cycle fatigue (LCF) and thermo-mechanical fatigue (TMF) tests on the aluminum-silicon-magnesium alloy. In order to estimate the fatigue lifetime of the cylinder head, two common approaches including the corrected plastic strain energy model and the Sehitoglu’s model were utilized. Obtained results of both models showed that the fatigue crack area was located between valves, which could be verified by empirical observations of the fatigue crack area. Both models had similar results; however, the energy model was the optimal approach, in order to predict the fatigue lifetime of components, than that of the Sehitoglu’s model. The reason was simplified formulations and the lower number of material constants for the energy model, with respect to those of the Sehitoglu’s model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • finite element analysis
  • Passenger-car diesel engine cylinder head
  • Thermo-mechanical fatigue
  • Sehitoglu’s model
  • Plastic strain energy model