Использование динамического моделирования методом конечных элементов для процессов, происходящих при закрывании клапанов, позволяет точнее прогнозировать нагрузки и увеличивать долговечность клапанов при меньшем количестве этапов проектирования.
Испытательный стенд, разработанный Federal-Mogul Powertrain, позволяет задействовать только один клапан, а также выполнять анализ отдельных процессов закрывания.
Federal-Mogul Powertrain, подразделение компании Federal-Mogul Holdings Corporation (NASDAQ:FDML), разработало упрощенную динамическую имитационную модель процесса закрывания клапана для расчета динамических нагрузок, воздействующих на клапаны двигателя. Благодаря более высокой точности расчета деформаций и механических напряжений, возникающих под нагрузками, данный метод позволяет более точно оценить усталостную прочность клапана и помогает выбрать оптимальные материалы на ранних стадиях проектирования двигателя.
«Возникающие при закрывании клапана динамические нагрузки имеют решающее значение для проектирования впускных и выпускных клапанов, – говорит Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), технический директор Federal-Mogul Powertrain. – С помощью нового метода моделирования можно быстро рассчитать максимальные нагрузки на клапаны, что позволяет сэкономить время и определить конкретные направления работы».
При разработке впускных и выпускных клапанов для двигателей внутреннего сгорания пристальное внимание уделяется нагрузкам, возникающим в процессе закрывания клапанов. Особенно это касается ДВС, оснащенных системами турбонаддува. Часто бывает так, что на момент проектирования клапанов для новых двигателей конструкция системы привода клапанов все еще находится в разработке. Это заставляет производителей клапанов ограничиваться упрощенными имитационными моделями, в которых оценка нагрузок на клапаны выполняется только по основным параметрам, таким как скорость закрывания клапана, возвратное усилие клапанной пружины и зазор между штоком клапана и направляющей.
При закрывании клапана, как правило, сначала одна из его сторон касается седла клапана, что приводит к возникновению высоких нагрузок на шток. Динамическая имитационная модель процесса закрывания, разработанная и испытанная подразделением Federal-Mogul Powertrain, позволяет выполнять точный расчет подобных нагрузок. Это, в свою очередь, способствует оптимальному выбору компонентов на этапе разработки концепции и более точной оценке срока службы.
На распределение механических напряжений в значительной степени влияет геометрия различных деталей, например поднутрение штока или коническая форма головки.
По словам д-ра Гидо Баярда (Guido Bayard), руководителя отдела Federal-Mogul Powertrain по технологиям клапанов, помимо определения усталостной прочности, для анализа и сравнения различных вариантов конструкции клапанов можно также использовать расчет нагрузок, возникающих при закрывании клапана, посредством динамического моделирования методом конечных элементов. «Распределение механических напряжений в значительной степени зависит от геометрии различных элементов, например зоны перехода стержня в тарелку или конической зоны тарелки, – объясняет он. – Благодаря моделированию методом конечных элементов мы можем быстро оценить максимальные нагрузки на клапан и вероятные усталостные разрушения. Это также позволяет нам сделать обоснованный выбор варианта конструкции и материала на ранних этапах проектирования».
Результаты, полученные с помощью имитационной модели, были подтверждены практическими испытаниями клапанов на специальном стенде, разработанном Federal-Mogul Powertrain и позволяющем задействовать только один клапан для анализа отдельных процессов закрывания. Такой стенд лучше подходит для проверки действия имитационной модели, чем головка блока цилиндров в сборе, по нескольким причинам: он обеспечивает большую гибкость при анализе геометрических параметров, гарантирует более точный контроль результатов и предоставляет доступ к различным методам измерений.
Испытательный стенд, разработанный Federal-Mogul Powertrain, позволяет задействовать только один клапан, а также выполнять анализ отдельных процессов закрывания.
Federal-Mogul Powertrain, подразделение компании Federal-Mogul Holdings Corporation (NASDAQ:FDML), разработало упрощенную динамическую имитационную модель процесса закрывания клапана для расчета динамических нагрузок, воздействующих на клапаны двигателя. Благодаря более высокой точности расчета деформаций и механических напряжений, возникающих под нагрузками, данный метод позволяет более точно оценить усталостную прочность клапана и помогает выбрать оптимальные материалы на ранних стадиях проектирования двигателя.
«Возникающие при закрывании клапана динамические нагрузки имеют решающее значение для проектирования впускных и выпускных клапанов, – говорит Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), технический директор Federal-Mogul Powertrain. – С помощью нового метода моделирования можно быстро рассчитать максимальные нагрузки на клапаны, что позволяет сэкономить время и определить конкретные направления работы».
При разработке впускных и выпускных клапанов для двигателей внутреннего сгорания пристальное внимание уделяется нагрузкам, возникающим в процессе закрывания клапанов. Особенно это касается ДВС, оснащенных системами турбонаддува. Часто бывает так, что на момент проектирования клапанов для новых двигателей конструкция системы привода клапанов все еще находится в разработке. Это заставляет производителей клапанов ограничиваться упрощенными имитационными моделями, в которых оценка нагрузок на клапаны выполняется только по основным параметрам, таким как скорость закрывания клапана, возвратное усилие клапанной пружины и зазор между штоком клапана и направляющей.
При закрывании клапана, как правило, сначала одна из его сторон касается седла клапана, что приводит к возникновению высоких нагрузок на шток. Динамическая имитационная модель процесса закрывания, разработанная и испытанная подразделением Federal-Mogul Powertrain, позволяет выполнять точный расчет подобных нагрузок. Это, в свою очередь, способствует оптимальному выбору компонентов на этапе разработки концепции и более точной оценке срока службы.
На распределение механических напряжений в значительной степени влияет геометрия различных деталей, например поднутрение штока или коническая форма головки.
По словам д-ра Гидо Баярда (Guido Bayard), руководителя отдела Federal-Mogul Powertrain по технологиям клапанов, помимо определения усталостной прочности, для анализа и сравнения различных вариантов конструкции клапанов можно также использовать расчет нагрузок, возникающих при закрывании клапана, посредством динамического моделирования методом конечных элементов. «Распределение механических напряжений в значительной степени зависит от геометрии различных элементов, например зоны перехода стержня в тарелку или конической зоны тарелки, – объясняет он. – Благодаря моделированию методом конечных элементов мы можем быстро оценить максимальные нагрузки на клапан и вероятные усталостные разрушения. Это также позволяет нам сделать обоснованный выбор варианта конструкции и материала на ранних этапах проектирования».
Результаты, полученные с помощью имитационной модели, были подтверждены практическими испытаниями клапанов на специальном стенде, разработанном Federal-Mogul Powertrain и позволяющем задействовать только один клапан для анализа отдельных процессов закрывания. Такой стенд лучше подходит для проверки действия имитационной модели, чем головка блока цилиндров в сборе, по нескольким причинам: он обеспечивает большую гибкость при анализе геометрических параметров, гарантирует более точный контроль результатов и предоставляет доступ к различным методам измерений.
