13636

13636

مطالعه ي پارامتريك هندسه ي ساق شاتون و بهينه سازي توپولوژي و شكل شاتون خودروي پلتفرم ملي به منظور افزايش استحكام و عمر خستگي

كارشناسي ارشد

خودرو - طراحي سازه و بدنه

دي ماه 1393

دي ماه 1393

دكتر محمد حسن شجاعي فرد - دكتر حامد سعيدي گوگرچين

چكيده دراين پايان¬نامه به مطالعه¬ي استحكامي و خستگي شاتون يكي از موتورهاي پيشنهادي براي خودروي پلتفرم ملي پرداخته مي¬شود. از آنجا كه شاتون تحت بارهاي مكانيكي و حرارتي تكرار شونده مي¬باشند، عمر خستگي محدودي را تجربه خواهد كرد. طراحي قطعات موتور با پارامتر استحكام به وزن بالا مي¬تواند منجر به كاهش مصرف سوخت گردد. در اين پايان¬نامه ابتدا به بررسي پارامتريك اثرات هندسه و موقعيت مركز جرم و مولفه¬هاي استحكامي و نيروهاي وارده بر شاتون پرداخته مي¬شود. بدين منظور يك فرمول بندي جامع به كمك تكنيك جرم¬هاي متمركز جهت مطالعه¬ي استحكام و بار كمانش شاتون ارائه مي-گردد. سپس به كمك نرم¬افزارهايHyperMesh,OptiStruct, HyperView به بهينه¬سازي توپولوژي و شكل شاتون موتور TU5 پرداخته مي¬شود. بهينه¬سازي به گونه¬اي انجام مي¬شود كه تا حد امكان جرم سازه كاهش يافته و وضعيت مولفه¬هاي استحكامي بهبود يابد. علاوه بر بارهاي مكانيكي وارده بر اين قطعه، بار حرارتي ناشي از روغن موتور نيز در شبيه¬سازي لحاظ مي¬شود. تحليل خستگي شاتون بر اساس تست دوام E5 و در يك سيكل شامل پنج دور موتور انجام مي¬گيرد. نتايج مطالعه¬ي پارامتريك نشان مي¬دهد كه ضخامت بهينه¬ي ساق در حدود 3 ميلي¬متر و محل مركز جرم بهينه جهت كمينه نمودن نيروهاي محوري و عمودي در حدود 22/0 و جهت كمينه نمودن گشتاور وارد بر لنگ در حدود 105/0 فاصله¬ي مركز تا مركز چشمه¬ها و نزديك چشمه¬ي بزرگ بدست آمده¬اند. وزن شاتون12/1 درصد طي عمليات بهينه¬سازي توپولوژي و شكل كاهش يافت. تحليل استاتيكي كاهش 82/1 تا 25 درصدي تنش ون¬مايزز و تحليل كمانش افزايش 86/1 و 94/4 درصدي ضريب بار كمانشي را به ترتيب در بارگذاري از انتهاي كوچك و بزرگ نشان داد. تحليل خستگي افزايش عمر خستگي در محل بحراني نزديك چشمه¬ي كوچك را 51/47 درصد بيشتر و در محل بحراني نزديك چشمه¬ي بزرگ را 23/100 درصد بيشتر در هندسه¬ي بهينه نسبت به هندسه¬ي اوليه نشان داد. در نتيجه با كاهش 12/1 درصدي وزن شاتون مولفه¬هاي استحكام و عمر خستگي به وضوح افزايش يافته¬اند. واژه¬هاي كليدي:شاتون، حساسيت به هندسه، بهينه¬سازي توپولوژي، بهينه¬سازي شكل، عمر خستگي