Finite element investigation of packing rings

Titel in Übersetzung: Finite Elemente Untersuchung von Packungsringen von Kolbenkompressoren

Marcel Ruetz

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die vorliegende Masterarbeit ist das Ergebnis einer Kooperation des Lehrstuhls für Mechanik der Montanuniversität Leoben und der HOERBIGER Wien GmbH. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des mechanischen Verhaltens von kunststoffbasierten Packungsringen in industriellen Kolbenkompressoren mit Hilfe der Finite Elemente (FE) Methode. Polymere weisen einige Besonderheiten in ihrem mechanischen Verhalten auf, unter anderem dass sie bereits bei Raumtemperatur zum Kriechen neigen. Das FE-Modell wird automatisiert mithilfe eines Python Skriptes generiert. Zur Validierung der Modellierungsannahmen des FE Modells werden die FE-Ergebnisse unter Voraussetzung von linear-elastischem Materialverhaltens mit der analytischen Lösung der Plattentheorie verglichen (Kirchhoff und Mindlin-Reissner). Der Vergleich mit der analytischen Lösung zeigt, dass die Verformungen zufolge der Schubbeanspruchung gegenüber den Verformungen zufolge der Biegung überwiegt. Aus den von HOERBIGER Wien GmbH. zur Verfügung gestellten Materialdaten werden die Parameter eines viskoelastisch/viskoplastischen Materialmodells kalibriert. Das Materialmodell berücksichtigt neben der Zeitabhängigkeit des mechanischen Materialverhaltens auch die Temperatur- sowie die Lastabhängigkeit. Weiters wird der Einfluss der unterschiedlichen Systemparameter (Zeit, Druckdifferenz, Temperatur, Reibung, und Druckspaltweite) sowie der Geometrieparameter auf das Kriechverhalten des Packungsringes untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Temperatur, Druckdifferenz und Druckspaltweite das Kriechverhalten am stärksten beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die axiale Ringdicke der einzig relevante Geometrieparameter ist. Mithilfe der Finite Elemente Methode und dem kalibrierten Materialmodell wird das Verhalten des Packungsringes über die Betriebsdauer simuliert. Mit diesen Simulationsdaten wird die Verschiebung als Interpolationsfunktion von Druck und Druckspaltweite bestimmt. Mithilfe der Interpolationsfunktion und eines definierten Verformungsgrenzwertes werden die zulässigen Druckspaltweiten bestimmt. Mithilfe von automatisiert generierten dreidimensionalen FE Modellen wird der Einfluss von Druckausgleichselementen (Druckausgleichsbohrungen) auf das Kriechverhalten des Materials untersucht. In einer Parameterstudie werden die Durchmesser und deren Positionen variiert. Weiters wird der Einfluss von Asymmetrie des Druckspaltes auf das Kriechverhalten des Materials untersucht.
Titel in ÜbersetzungFinite Elemente Untersuchung von Packungsringen von Kolbenkompressoren
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kaufmann, Andreas, Mitbetreuer (extern)
  • Antretter, Thomas, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung31 März 2023
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Finite Elemente Methode
  • Packungsringe
  • Kriechen
  • Druckausgleichselemente

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