Model osiowosymetryczny przemieszczeń i naprężeń w tulei oraz kadłubie zespołu cylindra silnika lotniczego FRANKLIN w normalnych warunkach eksploatacji

W artykule przedstawiono rozwiązanie numeryczne modelu osiowosymetrycznego połączenia skurczowo-rozprężnego tulei z kadłubem zespołu cylindra w silniku spalinowym FRANKLIN F. 4A-235-B4 obciążonego mocą maksymalną. Przemieszczenia i naprężenia w tulei i kadłubie obliczono metodą elementów skończonych za pomocą systemu PATRAN®. Stan przemieszczeń i naprężeń zespołu cylindra porównano ze stanem technologicznym po montażu i obróbce mechanicznej tulei. Obciążenie ciśnieniem i temperaturą zespołu cylindra określono w wyniku badań stanowiskowych silnika. Charakterystyki materiałowe złożenia tuleja-kadłub zespołu cylindra, tj. żeliwa szarego i żaroodpornego stopu aluminium wyznaczono doświadczalnie. Geometrię części modelowano elementami płaskimi o topologii czterowęzłowej z elementami kontaktowymi dwuwymiarowymi sprzęgającymi. Modelowana struktura były obciążona zaciskiem, ciśnieniem czynnika roboczego i temperaturą. Analitycznie wyznaczono naprężenia zginające w zespole cylindra od obciążenia bocznego tłoka poprzez uwzględnienie ciśnienia czynnika roboczego, sił masowych i siły tarcia.

The numerical solution for axially-symmetrical model of thermocompression-expansion bonding between the liner and cylinder frame for fully loaded aircraft engine Franklin F. 4A 235 B4 is presented. The strains and stresses loading the cylinder assembly were calculated with the finite element method (FEM) using PATRAN® software. Then the state of strains and stresses was compared with the initial one, which is gotten after cylinder liner forcing in and its final machining. The thermal and mechanical load of the cylinder assembly was determined from engine brake testing results. Material properties for grey cast iron and heat-resisting aluminum alloy, which the liner and the cylinder frame are made of, were obtained experimentally. The geometry of the device was modeled by four-node quadrilateral flattened elements with 2-D planar coupling points. The cylinder assembly structure was loaded by clamping and forces come from combustion pressure and heat release. Cylinder bending comes from lateral piston force as a summary effect of firing load, mass inertia and friction forces was also taken into consideration.