|
|
Assessment of thermo-mechanical fatigue of exhaust manifold
Košťál, Josef ; Petruška, Jindřich (referee) ; Šebek, František (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá posouzením tepelně-mechanické únavy výfukového potrubí. Nejprve byla provedena rešeršní studie, ve které je rozebrán fenomén tepelně-mechanické únavy. Byly prezentovány hlavní mechanismy poškození a přístupy k jejich modelování. Diskutována byla i specifická chování materiálu vystavenému tepelně-mechanickému zatěžování. Byl vypracován přehled vhodných modelů materiálu a modelů únavové životnosti společně s algoritmem predikce tepelně-mechanické únavy komponenty. Poté byl tento teoretický základ aplikován na praktický případ výfukového potrubí podléhajícího tepelně-mechanickému zatěžování. Dva tepelně závislé elasto-plastické modely materiálu byly nakalibrovány a validovány na základě experimentálních dat. Byl vytvořen diskretizovaný konečnoprvkový model sestavy výfukového potrubí. Model tepelných okrajových podmínek byl předepsán na základě výpočtů ustáleného sdruženého přestupu tepla. Slabě sdružená tepelně-deformační úloha byla vyřešena metodou konečných prvků pro oba modely materiálů. Bylo použito paradigma nesvázaného modelu únavy, které je vhodné pro nízkocyklovou únavu. Životnost byla tedy vyhodnocena jako součást post-procesoru. Použity byly dva modely únavové životnosti – energeticky založený model a deformačně založený model. Získané hodnoty životnosti byly porovnány vzhledem k použitým modelům materiálu a modelům únavové životnosti. Nakonec jsou diskutovány závěry této práce, oblasti dalšího výzkumu a navrženy možnosti na zlepšení použitých přístupů.
|
|
|
Analysis of the turbine housing design in terms of heat leakage
Diakov, Jakub ; Lošák, Petr (referee) ; Vlach, Radek (advisor)
This diploma thesis deals with the judgment of usability of the topology optimisation of the Ansys Workbench program combined with thermo-mechanical fatigue and the non-linear material model of a turbine housing. The first part of the thesis includes research which serves for the purpose of understanding and for theoretical support of the practical part. The research part of the thesis at first gives reasons for the choice of the main aim of the thesis. The main aim of the thesis is the decrease of heat leak from the exhaust fumes due to the reason of the sooner combustion products processing and lower emissions production. The second chapter of the research analyses the construction and function of a turbocharger from the perspective of the geometry of the components and also from the perspective of the production and use of the components. The following chapter deals with the analysis of the energetic and thermal balance of the turbocharger. This chapter mentions the fundamental simplifications of the calculation problem and these simplifications are applied in the practical example. Next, the chapter analyses the thermo-mechanical fatigue, classification of the areas of fatigue and it also analyses the approaches used for the life expectancy predictions. The chapter of the research part deals with the selected areas of calculation and their theoretical basis. The last chapter analyses the fluid mechanics and the selected methods of the topology optimisation which are available in the selected calculation program. After the research part of the thesis, there follows the practical part which discusses a multiphysical example of the turbine housing optimisation from the perspective of heat leak and of the turbine housing being exposed to the thermo-mechanical fatigue. The practical part which is composed of several steps is based on the CFD analysis and this analysis is used for the purpose of gaining thermal conditions in order to calculate the transient thermal analysis. Out of the outcomes of the coupled transient thermal analysis, there is used the spatial temperature field which as a result of the expansivity of the material causes non-homogenous stress on the turbine housing. The practical part has an individual chapter dedicated to the usability of the topological optimisation in different types of tasks. One of the parts of this chapter includes is a suggestion of the methodology for determination of voltage limitation for the selected type of topological optimisation. The penultimate chapter in the practical part is dedicated to the topological optimisation of the turbine housing on the basis of the preceding voltage analysis and determined limitation. The last chapter includes performed validation of the optimised shape of the housing after the geometry is adjusted. The validation is performed from the perspective of steady state temperature of the output combustion products, of speed of heating of the optimised geometry and from the perspective of the comparison of the life expectancy determined in the thermo-mechanical fatigue. At the end of thesis, there are included conclusions discussed and suggested, scope for improvement and possibilities for continuation of further research.
|
|
|
Analysis of the turbine housing design in terms of heat leakage
Diakov, Jakub ; Lošák, Petr (referee) ; Vlach, Radek (advisor)
This diploma thesis deals with the judgment of usability of the topology optimisation of the Ansys Workbench program combined with thermo-mechanical fatigue and the non-linear material model of a turbine housing. The first part of the thesis includes research which serves for the purpose of understanding and for theoretical support of the practical part. The research part of the thesis at first gives reasons for the choice of the main aim of the thesis. The main aim of the thesis is the decrease of heat leak from the exhaust fumes due to the reason of the sooner combustion products processing and lower emissions production. The second chapter of the research analyses the construction and function of a turbocharger from the perspective of the geometry of the components and also from the perspective of the production and use of the components. The following chapter deals with the analysis of the energetic and thermal balance of the turbocharger. This chapter mentions the fundamental simplifications of the calculation problem and these simplifications are applied in the practical example. Next, the chapter analyses the thermo-mechanical fatigue, classification of the areas of fatigue and it also analyses the approaches used for the life expectancy predictions. The chapter of the research part deals with the selected areas of calculation and their theoretical basis. The last chapter analyses the fluid mechanics and the selected methods of the topology optimisation which are available in the selected calculation program. After the research part of the thesis, there follows the practical part which discusses a multiphysical example of the turbine housing optimisation from the perspective of heat leak and of the turbine housing being exposed to the thermo-mechanical fatigue. The practical part which is composed of several steps is based on the CFD analysis and this analysis is used for the purpose of gaining thermal conditions in order to calculate the transient thermal analysis. Out of the outcomes of the coupled transient thermal analysis, there is used the spatial temperature field which as a result of the expansivity of the material causes non-homogenous stress on the turbine housing. The practical part has an individual chapter dedicated to the usability of the topological optimisation in different types of tasks. One of the parts of this chapter includes is a suggestion of the methodology for determination of voltage limitation for the selected type of topological optimisation. The penultimate chapter in the practical part is dedicated to the topological optimisation of the turbine housing on the basis of the preceding voltage analysis and determined limitation. The last chapter includes performed validation of the optimised shape of the housing after the geometry is adjusted. The validation is performed from the perspective of steady state temperature of the output combustion products, of speed of heating of the optimised geometry and from the perspective of the comparison of the life expectancy determined in the thermo-mechanical fatigue. At the end of thesis, there are included conclusions discussed and suggested, scope for improvement and possibilities for continuation of further research.
|
|
|
Assessment of thermo-mechanical fatigue of exhaust manifold
Košťál, Josef ; Petruška, Jindřich (referee) ; Šebek, František (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá posouzením tepelně-mechanické únavy výfukového potrubí. Nejprve byla provedena rešeršní studie, ve které je rozebrán fenomén tepelně-mechanické únavy. Byly prezentovány hlavní mechanismy poškození a přístupy k jejich modelování. Diskutována byla i specifická chování materiálu vystavenému tepelně-mechanickému zatěžování. Byl vypracován přehled vhodných modelů materiálu a modelů únavové životnosti společně s algoritmem predikce tepelně-mechanické únavy komponenty. Poté byl tento teoretický základ aplikován na praktický případ výfukového potrubí podléhajícího tepelně-mechanickému zatěžování. Dva tepelně závislé elasto-plastické modely materiálu byly nakalibrovány a validovány na základě experimentálních dat. Byl vytvořen diskretizovaný konečnoprvkový model sestavy výfukového potrubí. Model tepelných okrajových podmínek byl předepsán na základě výpočtů ustáleného sdruženého přestupu tepla. Slabě sdružená tepelně-deformační úloha byla vyřešena metodou konečných prvků pro oba modely materiálů. Bylo použito paradigma nesvázaného modelu únavy, které je vhodné pro nízkocyklovou únavu. Životnost byla tedy vyhodnocena jako součást post-procesoru. Použity byly dva modely únavové životnosti – energeticky založený model a deformačně založený model. Získané hodnoty životnosti byly porovnány vzhledem k použitým modelům materiálu a modelům únavové životnosti. Nakonec jsou diskutovány závěry této práce, oblasti dalšího výzkumu a navrženy možnosti na zlepšení použitých přístupů.
|
guest ::
