تحلیل پارامتریک و مقایسه عملکرد سازهای شاتون فولاAISI ۱۰۴۵و فولاد کربنی ساده با روش المان محدود

شاتون یکی از بحرانی ترین اجزای موتورهای احتراق داخلی است که نیروی احتراق را از پیستون به میل لنگ منتقل می کند و تحت بارهای سیکلی، کششی، فشاری و خمشی قرار دارد. انتخاب جنس مناسب شاتون یک مسئله چندمعیاره شامل استحکام، وزن، هزینه و مقاومت به خستگی است. در این پژوهش تحلیل پارامتریک المان محدود برای مقایسه دو فولاد پرکاربرد در ساخت شاتون - فولاد آلیاژی ۱۰۴۵ AISI معادل CK۴۵ و فولاد کربنی ساده - انجام شده است. خواص فولاد کربنی ساده از شبیه سازی SolidWorks استخراج و خواص ۱۰۴۵ AISI بر اساس استاندارد ASTM A۲۹ تعیین گردید. تحلیل در هشت ضخامت از ۱ تا ۱۲ میلی متر تحت نیروی فشاری ۵۰۰۰ نیوتن معادل فشار احتراق در موتورهای (متوسط) انجام شد. نتایج نشان می دهد که تنش فون میزس برای هر دو ماده یکسان است تابع هندسه و بار، مستقل از جنس در محدوده الاستیک اما ضریب اطمینان در ۱۰۴۵ AISI به دلیل استحکام تسلیم ۳۵۵ مگاپاسکال در مقابل ۲۲۰.۶ مگاپاسکال به طور میانگین ۶۰٪ بیشتر است. در ضخامت بهینه ۱۰ میلی متر ضریب اطمینان AISI ۱۰۴۵ برابر ۱.۷۷ و برای فولاد کربنی ساده ۱.۱۰ به دست آمد. تحلیل خستگی با استفاده از معیار گودمن اصلاح شده نشان داد که ۱۰۴۵ AISI با حد خستگی ۲۵۰ مگاپاسکال، ضریب اطمینان خستگی ۱.۸۵ تامین می کند، در حالی که فولاد کربنی ساده با حد خستگی ۱۸۰ مگاپاسکال به ضریب ۱.۰۵ محدود می شود. ماتریس تصمیم گیری نهایی ۱۰۴۵ AISI را برای موتورهای پرقدرت و فولاد کربنی ساده را برای کاربردهای کم بار با محدودیت هزینه توصیه می کند.

کلیدواژه ها:

شاتون ، تحلیل المان محدود ، فولاد ۱۰۴۵ AISI ، فولاد کربنی ساده ، تحلیل پارامتریک ، تحلیل خستگی ، انتخاب ماده