بخشی از مقاله
سوپاﭖ موتور پیکان ١٦٠٠: بخش اول
تحلیل ترموالاستیک و مودال سوپاﭖ
کلید واﮊه: موتور، سوپاﭖ، ANSYS ،تحلیل ترموالاستیک، مودال
چکیده:
عملکـرد موتـور پیکان ١٦٠٠ به سه روش، سیکل استاندارد هوا، استفاده از نمودارهای سوخت و احتراق و سیکل واقعی سوخت و هوا بررسی شده و نمودارهای دما و فشار گـاز داخل سیلندر بر حسب زاویه گردش میللنگ رسم میگردد. برای به دست آوردن سـایر بار گذاریهای مربوطه، بادامک مورد استفاده در خودرو پیکان ١٦٠٠ مورد بررسی
قرار گرفته و نمودار جابجایی، سرعت و شتاب تایپت رسم می شود. سپس سوپاﭖ هوا
بـا نـرم افزار ANSYS مدل شده و با انجام یک تحلیل حرارتی و بدست آوردن توزیع دمائـی در سـوپاﭖ، ضـمن تعریف کلیه خواص ماده به صورت وابسته به دما در چهار وضـعیت الـف: زمـان ورود سـوخت، ب: لحظه تماس سوپاﭖ با نشیمنگاه موقع بسته
شـدن، ج: زمان انفجار سوخت، د: زمان خروج دود. تحلیل ترموالاستیک(غیر مستقیم) بـه همـراه تمـاس بـه صـورت غیر خطی انجام می شود و با توجه به نحوه توزیع تنش
بدست آمده در این موقعیتها، حالت بحرانی مشخص میگردد.
درانـتها آنالیزمودال برای بدست آوردن فرکانسهای طبیعی وشکل مود ارتعاشی سوپاﭖ انجام میشود.
مقدمه:
از آنجائـیکه روش اجـزاﺀ محـدود انقلابی در صـنعت جهـان و نحـوه نگـرش بـه تحلیل و طراحی بوجود آورد، حل مسائلی که توسط روش معمول غیر ممکن می نمود، قابلیت مدل سـازی پروسـه هـای واقعی صنعتی با کمترین سـاده سـازی، توانمـندی روش در ارائـه نتایج قـابل قبول،کاهش هزینه های سنگین قسمتهای عملـی در پروسـه هـای طراحی، سرعت بالای ایـن روش در حـل مسائل و افزایش قابلیت و ایمنـی در طـرح باعـث گردید تا این روش به عـنوان جـزﺀ لاینفک پیشرفت صنعتی در آید و بسـیاری از پروسـه هـای طراحـی و تحلیل بر اسـاس اجـزاﺀ محـدود ( FEM ) استوار گردد ایـن امـر مـنجر شـد تا نرمافزارهایFEM به عـنوان یـک ابزار طراحی و تحلیل تهیه و پس از احـراز صلاحیتهای لازم در اختیار صنایع و مراکز صنعتی قرار گیرد. در میان نرم افزار های عمومـی اجـزاﺀ محـدود، نرم افزارANSYS که اساسـاﹰ توسـط جمعی دانشگاهی طراحی شد، اولیـن بار در سال ١٩٧١ در اختیار عموم قرار گرفـت و بـا قدمتی حدود٣٠ سال تکامل قابل توجهی یافته است.]١[ صـنعت خـودرو از جمله صنایعی است که در
قـرن اخـیر پیشرفتهای بسیاری داشته است به طـوری کـه هـر روز اخـتراعات و خلاقیتهای بسیاری در این صنعت به چشم میخورد.
از سـویی دیگـر یکـی از قسـمتهای مهـم یک خـودرو، موتـور آن اسـت کـه به لحاظ اینکه نـیروی محـرکه لازم برای کارکردن قسمتهای مخـتلف را فـراهم مـی کند، از نقش و اهمیت بسزایی برخوردار است.
سـوپاپها هم چون کار ورود سوخت و خروج محصــولات احــتراق را بــه عهــده دارنــد، از مهمتری اجزاﺀ تشکیل دهنده موتور میباشند. بنابرایـن با انجام تحلیل ترموالاستیک و مودال ســوپاﭖ ورودی خودروپــیکان ١٦٠٠ ضــمن بررسـی عملکردمـی تـوان امکـان بهسازی آنرا تعقیب نمود.
کلیات:
بـرای شـبیه سـازی چرخه کاری موتور پیکان ١٦٠٠ بـا چـرخه ایـدهآل اتـو،لازم اسـت کـه فرضیات زیر انجام شود:
١- سیال عامل هواست که به طور مستمر دریـک حلقه بسته به چرخش درمی آید و مانند یک گاز کامل عمل میکند.
٢- خـواص فیزیکـی و شیمیایی گاز در ضمن سیکل ثابت است.
٣- تمام فرایند هایی که چرخه را تشکیل میدهند، برگشتپذیر داخلی هستند.
٤- مقـدار متوسـط گاز در ضمن سیکل ثابـت اسـت و فـرض مـی شـود عمل پر کردن سیلندر از هوای تازه و تخلیه وجود ندارد.
٥- فرایــند احــتراق بــا یــک فرایــند گرماگــیری از منــبع خارجــی جایگزیــن میگردد.
٦- فرایند خروج دود با فرایند گرماده ای کـه سـیال را بحالـت اولـیه برمـیگـرداند جاگزین میگردد.]٢[
نمودارهای T-S و P-V چرخه ایدهآل اتو در شکل (١) نشان داده شده است.
شکل ١: نمودارهای T-S وP-V چرخه ایدهآل اتو
بـه دلـیل عـدم برقراری کامل فرضیات فوق و اتـلاف هـای مختلف که در موتور وجود دارد، بیـن چرخه واقعی و چرخه نظری تفاوت قابل ملاحظهای وجود دارد.
برخی از این اتلافها عبارتند از: ١- افت فشار به هنگام تنفس
٢- نشـت از مجموعـه سیلندر و پیستون کـه باعـث اتـلاف جرمـیهـوا وسـوخت میشود.
٣- کـامل نـبودن احتراق که منجربه اتلاف جرمی سوخت میگردد.
٤- بـیدرو نـبودن فرایـندها کـه باعـث اتلاف گرمائی میشود.
٥- پیشرسـی در تخلیه که منجربه اتلاف انرﮊی میشود.
٦- اثر گازهای باقیمانده از سیکل قبل در داخل سیلندر.
١٢٤
٧- تدریجی بودن احتراق.
٨-حرکت پیستون به هنگام احتراق]٣،٤[ شــکل ٢ نمائــی از چــرخه واقعـی و ایــدهآل موتورهـای جـرقه ای را نشـان میدهد.بنابراین با توجه به مشخصات خودرو پیکان١٦٠٠، دما و فشـار در وضـعیت هـای مخـتلف موتور بر روی سه سیکل کاری زیر محاسبه میگردد.
١- سیکل استاندارد هوا(سیکل اتو) ٢- سـیکل تقریبــی ســوخت و هــوا(بــا
استفاده از نمودارهای سوخت و احتراق) ٣- سیکل واقعی سوخت و هوا
نـتایج بدست آمده از بررسی سه سکیل کاری در جدول شماره (١) بیان شده است.
بـا توجـه بـه ایـنکه سـیکل واقعی به عملکرد موتـور نزدیکـتر می باشد بنابراین نتایج سیکل عملـی بـرای بارگذاری و تحلیل مورد استفاده قرار می گیرد.ضمنا با بررسی حرکت پیستون و نحـوه تغیـیر حجم داخل سیلندر،نمودار دما و فشار گاز داخل سیلندر برحسب زاویه گردش میللنگ رسم میگردد]٥،٦،٧[ ( شکل ٣)
شکل ٢: نمائی از چرخه واقعی و ایدهآل موتورهای جرقهای
جدول ١ : نتایجبدستآمدهازبررسیعملکردموتور در سهسیکل کاری
شکل ٣:نمودار دما و فشار گاز داخل سیلندر بر حسب زاویه گردش میللنگ
باتوجه به دمای گاز داخل سیلندر و مقایسه آن بـا مـراجع و نـتایج آزمایشـگاهی،نحوه توزیع دمائـی سـوپاﭖ دود در حیـن کارکـرد مطابق شکل (٤) بدست میآید.
شکل ٤: نحوه توزیع دمائی سوپاﭖ دود
برای بدست آوردن سایر پارامترهای لازم برای بـارگذاری ازقبـیل نیروی فنر و شتاب سوپاﭖ در هـر لحظـه، بـه بررسی شکل بادامک مورد اسـتفاده در خـودرو پـیکان ١٦٠٠ پرداخـته و نمودار جابجائی،سرعت و شتاب تایپت بدست میآید]٧،٨)[شکل ٦).
شکل ٦: نمودار جابجائی، سرعت و شتاب تایپت پیکان ١٦٠٠
بـا توجـه به شکل (٥) چون در خودرو پیکان مـیل بـادامک در سیلندر واقع شده است، برای بدسـت آوردن نمودارهای جابجائی،سرعت و شـتاب مـربوطه بـه سـوپاﭖ بـاید نمودارهای متـناظر آن بـرای تایپـت را در نسبت بازوهای اسبک(٤/١) ضرب نمود.]٩،١٠[ بـا بدسـت آوردن کلیه بارگذاریهای لازم برای
تحلـیل سـوپاﭖ، سـوپاﭖ هـوا ابـتدا توسـط نـرم افـزار ANSYS مـدل مـی گردد و به ترتیب آنالیزهای لازم انجام میگیرد.
