برآورد تنش هاي هم‌زمان حرارتي و مكانيكي براي پيستون آلومينيمي موتور بنزيني XU7

Evaluating the coupled thermo-mechanical stresses for an aluminum alloy piston used in a gasoline engine XU7

در موتورهاي جديد كه از نسبت تراكمهاي بالاتري برخوردار هستند، قطعات موتور تحت فشار و حرارت نا همنواخت شديدتري قرار مي گيرند. پيستون به عنوان يكي از بحراني ترين قطعات موتور همواره موضوع اصلي در بسياري از تحقيقات مرتبط با تعيين توزيع دمايي بوده است. با اين وجود، تحقيقات محدودي در زمينه تعيين تنش ها در اين قطعه انجام شده است. در بررسي حاضر، پيستون موتور بنريني XU7 كه كاربرد فراواني در صنعت خودروي ايران دارد مورد تحليل حرارتي و مكانيكي قرار گرفته است. مدل اجزاء محدود سه بعدي مبتني بر تحليل الاستيك خطي در محيط نرم افزار COSMOS Works ارائه شده است تا به كمك آن امكان برآورد توزيع تنش هاي حرارتي در مرحله احتراق فراهم شود. حداكثر تنش قائم در مركز تاج پيستون و مقدار بحراني تنش وان ميسز در قسمت هاي بالايي سوراخ گژن پين مشاهده گرديد. تاثير ضخامت لايه سراميكي پوششي بر توزيع تنش ايجاد شده در پيستون محاسبه و با نتايج مربوط به پيستون متداول بدون پوشش مقايسه گرديده است. طبق نتايج بدست آمده، حداكثر بزرگي تنش ها را به طور مؤثري مي توان با افزايش ضخامت لايه سراميكي كنترل نمود.

In modern engines with higher compression ratios, severe pressures and non-uniform heating up is occurred for the engine parts. The piston as the most critical part among all automotive components has been the subject of numerous studies on calculation of temperature distribution, but thermal stress analyses are limited. In this study, the piston of gasoline engine XU7 which is widespread in Iran transport section is considered for thermo-mechanical investigation. A 3D linear static stress analysis is constructed in COSMOS Works to determine the stress distribution during the combustion stroke. The maximum normal stress takes place at the middle surface of the piston crown. The von Mises stress is found to be critical on upper parts of the pin-hole area. Effect of ceramic coating layer on stress distributions are evaluated and compared with results obtained for a traditional uncoated piston. According to the results, the maximum stress can be readily controlled by increasing the thickness of ceramic layer.