25562

بررسي عددي ساختارسطح به منظور بهبود عملكرد تريبولوژي ياتاقان هاي ژورنال خودرو با روش تداخلي سيال وسازه

دكترا

مهندسي خودرو

1400

1400/7/7

دكتر امير حسن كاكائي

مهندسي خودرو

عملكرد تريبولوژي ياتاقان هاي اصلي ميلنگ موتورهاي احتراق داخلي وابسته به پارامترهاي هندسي و شرايط كاري هستند. با توجه به اينكه، پي بردن به اثرات ساختار هاي سطحي بر روي عملكرد تريبولوژي در سطوح اتصالي روان كاري شده ياتاقان ژورنال اصلي خودرو، هدف اصلي اين تحقيق است، در اين راستا، فرآيند انجام كار در سه مرحله انجام شده اند. ابتدا مدل سازي هاي عددي دوبعدي بر روي ياتاقان هايي با صفحات سايشي موازي و ابعاد متغيير و در حالت هيدرو ديناميك انجام شده اند. در اين مرحله براي بهترين عملكرد تريبولوژيكي ياتاقان سايشي، اثرات ظرفيت حمل بار و ضريب اصطكاك در نظر گرفته شده اند و در اين مرحله، تراكم شياري ساختار سطح و نسبت ابعادي مطلوب زماني منجر به بهترين عملكرد تريبولوژيكي خواهند شد كه علاوه بر ايجاد حداكثر ظرفيت حمل بار، كمترين مقدار ضريب اصطكاك را ايجاد نمايند. با توجه به اين اصل، در محدوده پارامترهاي بررسي شده در اين مطالعه، مطلوب ترين تراكم شياري ساختار سطح براي نسبت ابعادي 80 برابر با 1/0 بدست آمده اند. در مرحله دوم، تحليل هاي سه بعدي سيال روانكار در ياتاقان هاي ژورنال اصلي خودرو، براي ياتاقان هاي ساده و ياتاقان هاي داراي ساختار سطح با شيارهاي مستطيل شكل صورت گرفته اند. در اين مرحله نيز پاسخ اصطكاكي ياتاقان هاي داراي ساختار سطح و نتايج ظرفيت تحمل باردر نظر گرفته شده اند. در اين مرحله كمترين مقدار كاهش در ظرفيت تحمل بار براي ساختارهاي سطحي با عمق كمتر از 10ميكرومتر بدست آمده اند. همچنين ساختار سطحي از ياتاقان با تعداد 19 شيار و عمق 5 ميكرومتر، كمترين مقدار كاهش در ظرفيت تحمل بار ياتاقان وبيشترين كاهش در مقدار نيروي اصطكاكي سيال روانكار ايجاد مي كنند. اين تركيب ساختارسطح با 16 درصد كاهش در مقدار نيروي اصطكاكي سيال روانكار و 6 درصد كاهش در ظرفيت تحمل بار ياتاقان نسبت به ياتاقان هاي فاقد ساختار سطح ،مناسبترين گزينه انتخاب پارامترهاي ساختار سطح هستند. در مرحله ي سوم، براي لزجت سيال روانكار، معادله وابسته به دما براي تغييرات لزجت سيال در دامنه محاسباتي سه بعدي ميدان جريان استفاده شده اند.با بررسي نتايج مشخص شد كه با افزايش فشارهاي ورودي سيال روانكار، اندازه مناطق كاويتاسيون در سطوح ياتاقان شياردار و ياتاقان ساده كاهش مي يابند. همچنين بيشترين مقدار انتقال حرارت كل به سيال روانكار برابر با 73٪ و كمترين مقدار ميزان انتقال حرارت كل به سيال روانكار برابر 11٪ محاسبه شده است.

1400/09/06

Numerical study of surface texturing tribological performance effects over the journal bearings in internal combustion engine by using of fluid-solid interaction method (FSI)

1/1/1900 12:00:00 AM

A three-dimensional thermohydrodynamic numerical simulation study was used to investigate the impact of the microgroove surface texturing on the tribological performances in the main bearing of the internal combustion engine. For this purpose, various number of grooves and groove height to the bearing surface were applied to determine the optimal texture surface parameters by comparing the load-carrying capacity and friction force in the engine main bearing. In the multiphysics numerical model, the three-dimensional Navier–Stokes equation was employed considering the cavitation mechanism based on the Elrod method in the solution. Using the transverse grooves on the bearing surface altered the cavitation response and film reformation. To validate the use of the current numerical model for analyzing the bearings, the obtained results were compared with those of the published theoretical papers, where a good agreement was obtained. The bearing performance was studied in thermal interface conditions to find the optimal set textures parameters that gave minimum fiction force with minimum loss in load-carrying capacity. The bearing with the optimal microgroove texture parameter showed a reduction in friction (around 16%) with the minimum reduction in load-carrying capacity (around 6%) and the maximum reduction of the flow work (around 15%) compared with the untextured bearing surface. The work focuses on the thermohydrodynamic investigation with a combination of thermal effects of the fluid film in the textured bearing. Meanwhile, the heat transfer characteristic, temperature distribution of solid bodies, and convection heat transfer coefficient in the contact surfaces of the textured bearing were investigated. The proposed multiphysics numerical model can be widely used for predicting the optimal texture surface parameters in different engineering systems modeling. Moreover, using the three-dimensional-based numerical model is more cost-effective compared with the experimental evaluation of the textured surface. Meanwhile the effects of the textured surface along with lubricant feed pressure and temperature variation are used calculate the lubrication characteristics (viscosity and density) of the main bearings in internal combustion engines. In the analysis, the viscosity–temperature equation was used at different lubricant feed pressures and temperatures. By using color image segmentation methods, the density and viscosity contour on the two rotating walls (shaft and bearing wall) in the cavitation regions were quantitatively and qualitatively compared. The textured surface and lubricant feed pressure had significant effects on reducing the cavitation region over the shaft and bearing surface. Compared with the untextured bearing, the presence of texture over the bearing surface in the same temperature and pressure conditions increased the amount of total heat transfer to the lubricant fluid in the range of the maximum value of 73% and minimum value of 11%. Promoting the average heat transfer coefficient was a factor in reducing thermal stresses and high-temperature points in the rigid parts of the bearing system.

تريبولوژي، ميكروشيار مستطيلي، شبيه سازي عددي، سيال روانكار، تداخل سيال وسازه

Tribology, Rectangular Micro groove, Numerical Simulation, FSI