تحليل اجزاي محدود تنش‌هاي حرارتي- مكانيكي در بستار موتور ديزل با استفاده از الگوي ارتجاعي- مومسان لزج دولايه

Finite element analysis of thermal and mechanical stresses in diesel engine cylinder head using two-layer elastic-viscoplastic model

هدف اين مقاله، شبيه سازي رفتار حرارتي- مكانيكي بستار موتور ديزل است. اين تحليل اجزاي محدود در نرم افزار ABAQUS انجام شد. ابتدا براي بيان رفتار ماده، از نتايج آزمون هاي خستگي كم‌بسامد در دماهاي متفاوت (منحني تنش- كرنش مكانيكي در چرخه نيمه‌عمر) استفاده شده است و ثوابت مادي در الگوي ارتجاعي- مومسان لزج دولايه استخراج شده است. آزمون هاي خستگي با پايش كرنش و به صورت كشش- فشار بر روي همبسته آلومينيوم- سيليسيوم- منيزيم (A356.0) انجام پذيرفته است. سپس، با استفاده از اين ثوابت مادي در دماهاي 25، 200 و 250 درجه سانتيگراد، تنش هاي حرارتي- مكانيكي بستار محاسبه شد. نتايج صحه گذاري نشان داد كه الگوي ارتجاعي- لزج مومسان دولايه براي تخمين رفتار واماندگي (هيسترزيس) همبسته آلومينيوم، دقت مناسبي دارد. نتايج شبيه سازي اجزاي محدود بستار نيز، نشان دهنده محل ترك خوردگي‌ها در بين دريچه هاست. همچنين، مقدار كرنش لزج محاسبه شده، اگرچه كمتر از مقدار كرنش مومسان است، اما قابل چشم پوشي نمي باشد.

The objective of this article is to simulate thermal and mechanical behaviors of the diesel engine cylinder heads. The finite element analysis was performed using the ABAQUS software. Thus, to identify the material behavior, results of low cycle fatigue tests at various temperatures (stress- mechanical strain hysteresis curves at the mid-life cycle) were used and material constants of a two-layer elastic-viscoplastic model were extracted. Fatigue experiments were performed under the strain-controlled tensile-compressive condition on the aluminum-silicon-magnesium alloy (A356.0). Then, by using these material constants at 25, 200 and 250°C, thermal and mechanical stresses of the cylinder head were calculated. Validated results illustrated that the elastic-viscoplastic model has a proper accuracy to predict the hysteresis behavior of the aluminum alloy. Finite elements results showed that the location of cracking was in between valves. In addition, the calculated viscous strain could not be eliminated, although it was less than the plastic strain.