Deflection of crank arm in diesel engine is an important measure that evaluates arrangement status of engine and axle system. The purpose of this research is to find deflection of crank arm which is continuously and periodically measured from an angle of diesel engine driving and tension of crank shaft from crank shaft through.
연구의 배경 및 목적
디젤 엔진 크랭크샤프트의 손상과 관련된 응력은 참고문헌 [3]에 따라 반복 굽힘 응력과 비틀림 응력으로 나눌 수 있습니다. 여기서 굽힘 응력은 가스 폭발력, 관성력, 크랭크축 편향에 의해 발생하고, 비틀림 응력은 토크에 의해 발생합니다.
연구의 내용 및 방법
따라서 일반적인 유한요소해석 프로그램을 이용하여 크랭크암의 굽힘 및 굽힘하중으로 인해 크랭크샤프트에 발생하는 응력을 계산하면 이 값으로부터 굽힘강도를 추정할 수 있다. 한편, 메인 베어링 마모로 인한 과도한 변형과 베어링 플레이트 변형으로 인한 굽힘 응력으로 인한 크랭크축 피로는 디젤 엔진의 수명 전체에 걸쳐 지속적으로 모니터링해야 하는 영역입니다. .
기본 이론
크랭크 암의 디플렉션
- 디플렉션의 기본 개념
- 디플렉션의 허용한도
디젤 엔진의 크랭크축은 바닥판에 설치된 메인 베어링에 의해 지지됩니다. 따라서 이를 방지하려면 편향을 정기적으로 측정하고 크랭크샤프트의 상태를 점검해야 합니다.
디젤엔진의 크랭크 축에 작용하는 힘
- 가스의 폭발압력
- 피스톤, 피스톤핀, 및 커넥팅 로드 등의 왕복질량에 의한
피로파괴(Fatigue fracture)
- 피로설계의 기본 개념
- 피로하중의 형태
- 반복하중을 받는 재료의 특성
- 선형누적손상계수의 정의
주기적으로 가해지는 하중에 의해 생성된 구조 부재 내부의 응력은 그림 2.13과 같이 시간이 지남에 따라 반응합니다. 이러한 주기적인 부하에 의해 발생하는 전압주기는 교류전압과 고압을 중첩하여 다음과 같이 구할 수 있다. 또한, 응력주기는 발생하는 응력주기에 따라 다음과 같은 4가지 유형으로 구분할 수 있습니다.
최대 응력과 최소 응력이 동일한 부호를 갖는 응력 사이클입니다.
피로균열발생수명에 영향을 미치는 요소
- 평균응력의 영향
- 응력 집중계수(Kt)의 영향
즉, 일정한 응력진폭을 가하여 피로시험을 실시하더라도 응력비(R)나 평균응력에 따라 피로균열 수명이 달라지게 된다. 이는 모든 응력 진폭에서 응력 비율 또는 평균 응력이 작아지면 피로 균열 수명이 길어진다는 것을 의미합니다. 예를 들어 그림 2.18과 같이 일정한 응력진폭을 가하여 피로시험을 실시하더라도 피로균열 수명은 응력비나 평균하중에 따라 달라진다.
즉, 특정 응력진폭에서 응력비 또는 평균응력이 작아질수록 피로균열 수명은 길어진다.
크랭크 디플렉션의 유한요소해석
- 형상 모델링
- Mesh 설정
- 디플렉션을 강제적으로 발생시키는 조건(I)에 따른 해석
- 최고폭발압력이 하중으로 부가되는 조건(II)에 따른 해석
- 조건(I)과 조건(II)의 조합에 따른 해석
- 유한요소 해석 결과
- 디플렉션을 강제적으로 발생시키는 조건(I)에 따른 해석의
- 조건(I)과 조건(II)의 조합에 따른 해석의 결과
디젤 엔진의 크랭크축 강도를 계산할 때 고려해야 할 하중에는 가스의 폭발력, 왕복 질량의 관성력 및 토크가 포함됩니다. 이처럼 ANSYS Workbench를 사용하여 하중 조건을 만족시키는 방법은 ANSYS Workbench에서 제공하는 'Pressure' 기능을 이용하여 크랭크 핀에 최대 폭발 압력에 따른 하중()을 가하는 것입니다. ANSYS Workbench를 사용하여 Hanbada의 주 엔진 크랭크 1개(1스로우)에 대해 처짐과 최대 폭발 압력을 결합한 하중 조건을 계산했습니다.
본 해석 결과는 크랭크샤프트의 구조적 형상과 관련이 있으며, 실제 엔진에서 플라이휠, 클러치 등에 연결된 엔드 크랭크 암에 상대적으로 큰 하중이 가해지면 처짐이 '-'가 되는 일반적인 경우이기도 합니다. .. 향도 잘 어울리네요. 위에서 보면 A, B, C 카테고리 모두 크랭크 핀과 크랭크 암 사이의 연결부(필렛부)에서 최대 응력이 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 크랭크핀에 최대 폭발압력과 동일한 하중이 가해지면서 크랭크암이 열린(+)측으로 변형되면서 발생한 현상이다.
크랭크 축의 피로파괴 안전성 평가
응력집중에 의한 크랭크 축의 피로강도감도계수( )
본 연구의 대상인 한바다 주기관의 크랭크샤프트의 경우, 그림과 같이 크랭크핀과 크랭크암의 연결부에 구조적 불연속성으로 응력이 집중되는 필렛이 존재한다. 4.2. 본 연구에서는 ANSYS Workbench에서 제공하는 피로해석 모듈을 이용하여 피로해석을 수행할 때 위의 값을 본 모듈의 '피로강도계수(kf)'로 사용한다.
ANSYS Workbench에 의한 피로수명의 평가
앞으로는 크랭크샤프트 비틀림을 고려한 카테고리 B(개정된 권장 범위)에 대한 피로 수명도 평가할 필요가 있다고 생각됩니다. 고속 주행 시에도 만족스러운 피로수명 결과를 보여줍니다. 따라서 카테고리 C(강제수정범위)를 초과하여 운용할 경우 주엔진 크랭크축에 피로균열이 발생할 수 있으나, 주엔진이나 크랭크축보다 더 가치가 높은 선박 자체는 21일의 시간을 거쳐 다음 항구로 이동해야 한다. 항해 기간은 도달할 수 있음을 의미합니다.
그러나 소더버그 보정을 적용하면 크랭크샤프트 피로수명이 4.7E4사이클이 되므로 한바다의 주엔진은 최대 연속 출력인 176rpm으로 약 11시간 동안 구동이 가능하다.
결론
그러나 본 연구의 범위에서는 크랭크샤프트의 오일홀 유무, 평형추의 영향 등을 배제한 유한요소해석 결과를 이용하여 피로수명을 평가하였으므로 Category B에 대한 연구결과가 나왔다. 위의 (권장 개정 시리즈)을 구현했지만 내 엔진의 운영 관리에 직접 적용하는 것은 무리가 있다고 판단됩니다. 향후에는 크랭크샤프트의 회전을 고려하여 Category B(권장 개정 범위)에 대한 피로수명을 추가적으로 평가할 필요가 있다고 판단된다. 7) 소더버그 보정을 사용하면 엔진 취급설명서에 명시된 카테고리 A(허용 범위)와 카테고리 B-1(권장 보정 범위)에서 피로가 발생한다. 소더버그 보정을 적용하면 크랭크샤프트의 피로수명이 4.7E4사이클이 되므로 한바다의 주엔진은 최대연속출력인 176rpm에서 약 11시간 동안 작동이 가능하다.
따라서 한바드 주엔진 설계의 기획 단계에서 선박이 고부가가치 선박으로 간주되어 선박의 안전이 최우선이라면 Sorderberg를 이용하여 크랭크샤프트의 강성을 평가해야 한다는 결론을 내릴 수 있다. 보정.
