Dynamic analysis of diesel engine crankshaft system using finite elements and multibody system simulation programs
Dizel motoru krank mili sisteminin sonlu elemanlar ve çoklu-cisim sistem simülasyon programları kullanılarak dinamik analizi
- Tez No: 237464
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 312
Özet
Bu tezde, analitik ve nümerik metodlar kullanılarak, altı silindirli sıra-tipi dizel motora ait krank mili sisteminin dinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Krank mili sisteminin dinamik analizi, tüm sistem elemanları göz önünde bulundurularak sabit hızda bir motor çevrimi (iki krank mili dönüşü) boyunca krank mili üzerindeki kuvvet, yer değiştirme ve gerilimlerin hesaplanmasını içermektedir. Krank mili sistemi krank mili, motor bloğu, pistonlar, piston pimleri, biyel kolları, volan, burulma titreşim damperi, yataklar ve motor bloğunu taşıyan takozlardan oluşmaktadır. Sistem üzerindeki yükleme, silindir gaz basıncı ve krank mili sistem elemanlarının ataletlerinden gelmektedir.Krank mili sisteminin analitik analizi kısmında, ilk önce krank mili sistemi üzerine etki eden kuvvetler belirlenmiştir. Sonrasında izostatik sistem yaklaşımı kullanılarak ana yatak yükleri hesaplanmıştır. Son olarak krank mili burulma titreşimi ve gerilme analizleri gerçekleştirilmiştir. Nümerik analiz kısmı için Msc.Nastran ve Msc.Adams programları kullanılmıştır. Krank mili üzerindeki dinamik stres dağılımını hesaplamak için, ?Component Mode Synthesis? tekniği kullanılarak sonlu eleman analiziyle krank mili elastik cisim olarak modellenmiştir. Yağ deliklerinin krank mili dinamik gerilimleri üzerine etkisini belirlemek için, yağ delikli ve yağ deliksiz krank mili modelleri kullanılmıştır. Burulma titreşim damperinin krank mili stres dağılımına etkisi incelenmiştir. Ana yataklar ADAMS'ın hidrodinamik yatak modelleri kullanılarak modellenmiştir. Krank mili sisteminin eksenel, eğilme ve burulma titreşimleri hesaba katılmıştır. Krank mili sisteminin her bir elemanının krank mili dinamik stres ve titreşim karakteristikleri üzerine etkisi incelenmiştir.Karşı-ağırlık kütle ve pozisyonunun ana yatak yükü ve krank mili eğilme gerilimi üzerine etkileri ayrı bir bölümde incelenmiştir. Analizlerde rijit, kiriş ve 3D katı krank mili modelleri kullanılmıştır. Bu modeller kullanılarak elde edilen ana yatak kuvvetleri karşılaştırılmış ve karşı-ağırlık konfigürasyonu analizlerinde kiriş krank mili modeli kullanılmıştır. % 0, % 50 and % 100 balans oranları için oniki ve sekiz karşı-ağırlık konfigürasyonları dikkate alınmıştır. Analizler sonucunda, artan balans oranıyla maksimum ana yatak kuvveti ve kol eğilme geriliminin arttığı, ve azalan balans oranıyla ortalama ana yatak kuvvetinin arttığı bulunmuştur. Her iki konfigürasyon aynı eğilimi göstermektedir. Bu motor için krank mili dizaynında atalet kuvvetlerinden daha çok gas basınç kuvveti önemli bir parametredir. Yatak kuvvetleri ve kol eğilme gerilimleri çizelgelenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, dynamic analysis of in-line six cylinder diesel engine crankshaft system is carried out using analytical and numerical methods. The dynamic analysis of the crankshaft system consists of calculation of forces, displacements and stresses over a complete engine cycle (two revolutions of the crankshaft) under steady state (constant speed) conditions with a model of the whole cranktrain. Crankshaft system consists of crankshaft, engine block, pistons, piston pins, connecting rods, flywheel, torsional vibration damper, bearings and mounts that support the engine block. The loading on the system comes from the cylinder gas pressure and inertia of crankshaft system components.In the analytical part of the study, first, the forces acting on the crankshaft system are determined. Then, main bearing loads are calculated using a statically determinate system approach for each crank throw. Finally, torsional vibration and stress analyses of the crankshaft system are performed. In the numerical analysis of the crankshaft system, Msc.Nastran and Msc.Adams programs are used. The dynamic stress distribution in the crankshaft is evaluated using a flexible crankshaft model that is obtained through finite elements and Component Mode Synthesis (CMS) technique. To study the effect of oil holes on crankshaft dynamic stresses, crankshaft models with and without oil holes are used. The effect of TV damper on crankshaft stresses is investigated. Bearings are modeled using hydrodynamic bearing models of ADAMS. Coupled axial, bending and torsional vibrations of the crankshaft system are considered. Effect of each part of the crankshaft system on crankshaft dynamic stress and vibration characteristics are investigated.A separate chapter is devoted to effects of counterweight mass and position on main bearing load and crankshaft bending stresses. In the analysis, rigid, beam and 3D solid (flexible) crankshaft models are used. Main bearing load results for rigid, beam and 3D solid models are compared and beam model is used in counterweight configuration analyses. Twelve-counterweight configurations with a zero degree counterweight angle and eight-counterweight configurations with thirty degree counterweight angle, each for 0%, 50% and 100% counterweight balancing rates, are considered. It is found that maximum main bearing load and web bending stress increase with increasing balancing rate, and average main bearing load increases with decreasing balancing rate. Both configurations show the same trend. For this specific engine, the load from gas pressure rather than inertia forces is the parameter with the most important influence on design of the crankshaft. Results of bearing loads and web bending stresses are tabulated.
Benzer Tezler
- Gemi makinelerinin yataklanması ve titreşim etüdü
Marine engine foundation and study of vibration
AKİLE NEŞE HALİLBEŞE
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
- Reduction of engine torsional vibrations via hydrodynamic dampers
Motor burulumsal titreşimlerinin hidrodinamik sönümleyicilerle azaltılması
YAVUZ ASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
- İçten yanmalı motorlarda çevrim atlatma mekanizması ve tahrik sisteminin geliştirilmesi
To devolop skip cycle mechanism and drive system for a internal combustion engine
FIRAT MEHMET GÜNKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMAL BAYKARA
- Bir dizel motorun burulma titreşim analizi ve optimizasyonu
Torsional vibration analysis and optimization of a diesel engine
HAŞMET ÇAĞRI SEZGEN
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TINKIR
- Tek silindirli bir dizel motorun dinamik hesapları ve yapısal analizleri
Dynamic calculations and structural analyses of an one cylinder diesel engine
ÖZDEMİR ÖZDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. CİHAN DEMİR