بررسی و تحلیل رفتار استحکامی محفظه واحد تولید توان موتور دوار

موتورهای دوار زوج روتور به عنوان یکی از گزینه های نوین در توسعه موتورهای احتراق داخلی، به دلیل ساختار فشرده، جرم کمتر، لرزش پایین و راندمان مکانیکی بالاتر، توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. با این حال، محفظه واحد تولید توان این موتورها به دلیل هندسه پیچیده، بارگذاری گذرای شدید و قرارگیری هم زمان در معرض فشار و دمای بالا، از منظر استحکام و خستگی با چالش های جدی مواجه است. هدف از این پژوهش، تحلیل و شبیه سازی رفتار استحکامی و خستگی محفظه واحد تولید توان یک موتور دوار زوج روتور تحت شرایط کاری واقعی و مقایسه عملکرد دو آلیاژ فولادی AISI ۴۱۳۰ و AISI ۴۳۴۰ می باشد. در این راستا، ابتدا مدل سازی سه بعدی اجزای اصلی شامل روتور، پیستون، پایه پیستون و شفت در نرم افزار کتیا انجام و سپس تحلیل المان محدود گذرا در محیط انسیس صورت گرفت. بارگذاری شامل فشار احتراق ۱۰ مگاپاسکال، سرعت دورانی ۷۰۰۰ دور بر دقیقه و دمای کاری ۳۵۰ درجه سانتی گراد بود. تحلیل ها در محیط تحلیل دینامیک سازه انجام شد و تنش های فون مایزز، تغییرشکل و رفتار خستگی بر اساس معیار سادربرگ مورد بررسی قرار گرفت. اعتبارسنجی مدل عددی نیز از طریق بازتحلیل یک مدل مرجع میل لنگ و مقایسه نتایج انجام شد که دقت مناسب شبیه سازی را تایید می کند. نتایج نشان داد بیشترین تنش فون مایزز با مقدار حدود ۲۷۳ مگاپاسکال در ناحیه اتصال پایه پیستون به روتور رخ می دهد که بحرانی ترین ناحیه از نظر استحکام و خستگی محسوب می شود. با وجود تنش ها، همه اجزا از نظر استاتیکی و خستگی ایمن بوده و ضرایب اطمینان برای عمر نامحدود مناسب اند که کارایی طراحی و درستی انتخاب مواد را تایید می کند.

کلیدواژه ها:

خستگی مکانیکی-حرارتی ، طول عمر ، موتور دوار پیشرفته ، تحلیل المان محدود