DSc in Engineering
д-р техн. наук
PhD in Engineering
канд. техн. наук
During designing, calculation and further development of an engine it is necessary to take into account all the values that define its lifetime. In variable modes of tractor diesel engine, the stress level of piston changes over time, which leads to the appearance of cracks on the edge of combustion chamber. It especially applies to the semi-open combustion chambers. The appearance and growth of crack to a critical length often leads to failure of the combustion chamber edge. In this regard, the selection of failure criteria of pistons in operation is an urgent task. The durability assessment should be made on the criteria of the thermal fatigue strength that could be divided into three groups: the deformation criteria, the deformation and kinetic criteria, the energy criteria. Deformation criteria is the most widely used. Taking into account the active loading in conditions of uniaxial tension, the damage accumulation related to the material plastic deformation, or the peak deformation criterion is determined. Along with experimental methods consuming time and money, the other reliability assessment methods based on the numerical calculations, such as finite element method become common use. The fatigue material properties when loading a small number of cycles are determined by the Coffin-Manson equations in the form introduced by J. Morrow for the amplitudes of elastic and plastic deformations, depending on the number of cycles to failure. The analysis of the works of various authors shows that the crack growth process is not fully considered. The lack of theoretical approach to determining the remaining lifetime demands the improvement of calculation method which should take into account the temperature difference on the surface of piston, gas pressure and piston geometric dimensions affecting the stress concentration.
При проектировании, расчете и доводке двигателя до заданных показателей необходим более полный и точный учет всех величин, определяющих его ресурс. На неустановившихся режимах тракторных дизелей напряженность поршня меняется во времени, что приводит к появлению трещин на кромке его камеры сгорания. В первую очередь это относится к камерам сгорания полуоткрытого типа. Появление трещины и ее рост до критической длины часто приводят к разрушению кромки камеры сгорания. В связи с этим выбор критериев разрушения поршней в эксплуатации - актуальная задача. Оценку долговечности следует проводить по критериям термической усталостной прочности, которые можно разделить на три группы: деформационные, деформационно-кинетические и энергетические. Деформационные критерии получили наибольшее распространение. С учетом активного нагружения в условиях одноосного растяжения определяется накопление повреждений, связанных с пластической деформацией материала, или критерий максимальной деформации. Наряду с экспериментальными методиками, требующими затрат времени и денежных средств, широкое применение нашли методики оценки долговечности, базирующиеся на численных расчетах, например на методе конечных элементов. Усталостные свойства материала в области малого числа циклов определяются уравнениями Коффина-Мэнсона в форме, введенной Дж. Морроу, для амплитуд упругой и пластической деформаций в зависимости от числа циклов до разрушения. Анализ работ различных авторов показал, что процесс роста трещины не рассматривается в полном объеме. Отсутствие расчетного подхода к определению остаточного ресурса требует совершенствования методики расчета, которая должна учитывать перепад температур на поверхности поршня, давление газов, геометрические размеры поршня, влияющие на концентрацию напряжений.