ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЮБКИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Представлены результаты расчетного и экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния юбки составного поршня при приложении точечных нагрузок в зоне действия боковой силы. Ранее авторами была разработана методика профилирования юбки поршня на основе определения условия смазывания в сопряжении юбка поршня-цилиндр и реализована математическая модель динамики движения поршня. Данная модель позволяет на стадии проектировании проводить исследования влияния на динамику движения поршня и условия смазывания поверхностей трения и соответственно механических потерь различных конструкционных параметров деталей КШМ (размеры, масса, момент инерции, распределение жесткости, расположения центра масс поршня и шатуна и т.д.), монтажного зазора в сопряжении юбка поршня-цилиндр, свойств моторного масла для различных режимов работы двигателя. Одной из основных задач в данной модели является расчет деформаций от гидродинамических давлений масляного слоя. Расчетное исследование по определению напряженно-деформированного состояния поршня выполнялось на пространственной модели с помощью метода конечных элементов. Для верификации конечно-элементной модели авторами был разработан стенд для экспериментальных исследований. В статье приводится описание стенда и методика проведения экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния юбки составного поршня, полученных на данном стенде, и сравнительный анализ результатов расчетных и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния юбки составного поршня дизеля. Измерение деформации юбки поршня от воздействия нагрузки выполнялись как тензорезисторами, так и с помощью индикаторов часового типа. Тензометрические измерения проводились с помощью тензостанции ZET017-T8 и тензорезисторов ТКБ01-5-100-23. Результаты исследования показали, что разработанный стенд может применяться для верификации математических моделей расчета напряженно-деформированного состояния юбки поршня в опытном производстве поршней ДВС для ускорения и удешевления процесса разработки конструкции поршня, а также результаты экспериментальных исследований, полученные на стенде, могут быть использованы в качестве исходных данных для разработанной авторами ранее математической модели динамики движения поршня и профилирования юбки поршня.

EXPERIMENTAL STUDY OF THE STRESS-STRAIN STATE OF THE PISTON SKIRT OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Presents the results of a calculated and experimental study of the stress-strain state of the skirt of a composite piston under the application of point loads in the zone of lateral force. Previously, the authors developed a method for profiling a piston skirt based on the definition of the lubrication condition in the conjugation of a piston skirt-cylinder and implemented a mathematical model of the dynamics of the piston motion. This model allows at the design stage to conduct studies on the influence on the dynamics of the piston motion and the lubrication conditions of the friction surfaces and, accordingly, the mechanical losses of various structural parameters of crank mechanism (dimensions, mass, moment of inertia, distribution of stiffness, location of the center of mass of the piston and connecting rod, etc.) , mounting clearance in conjugation of the piston-cylinder skirt, engine oil properties for various engine operating modes. One of the main tasks in this model is the calculation of deformations from the hydrodynamic pressures of the oil layer. A computational study to determine the stress-strain state of the piston was carried out on a spatial model using the finite element method. To verify the finite element model, the authors developed a stand for experimental studies. The article describes the stand and the methodology for conducting experimental studies of the stress-strain state of the composite piston skirt obtained at this stand and a comparative analysis of the results of design and experimental studies of the stress-strain state of the composite piston skirt of a diesel engine. The measurement of the deformation of the piston skirt from the effects of the load was carried out both by strain gauges and using dial gauges. Strain measurements were carried out using a strain gauge ZET017-T8 and strain gauges TKB01-5-100-23. The research results showed that the developed stand can be used to verify mathematical models for calculating the stress-strain state of the piston skirt in the pilot production of pistons of internal combustion engines to accelerate and reduce the cost of the piston design development process, and the experimental results obtained at the stand can be used as initial data for the previously developed mathematical model of the dynamics of the piston movement and the profiling of the piston skirt.