Numerical analysis of a high speed large engine connecting rod

Titel in Übersetzung: Numerische Analyse eines schnellaufenden Großmotorpleuels

Timna Jakomijna Gschwandl

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In dieser Arbeit wird die Entwicklung und Bewertung eines Pleuels für schnelllaufende Großmotoren mittels verschiedener numerischer Ansätze präsentiert. Das Hauptziel dabei ist die Konstruktion eines Pleuels mit einem Auslegungszünddruck von 330 bar. Für eine erste Beurteilung der Konstruktion des entwickelten Pleuels wurden die wichtigsten Parameter wie Masse, Werkstoff oder Pleuelverhältnis untersucht. Anschließend wurden mit einem speziell dafür erstellten Benchmark-Dokument diese Konstruktionsparameter mit anderen Großmotorpleueln verglichen. Im Anschluss daran wurde eine Untersuchung des Pleuelgleitlagers mit Hilfe einer elasto-hydrodynamischen Simulation (EHD) in AVL EXCITE Powerunit durchgeführt. Dabei wurde das Lager bei 330 bar Spitzenzünddruck und verschiedenen Motordrehzahlen betrachtet und auf die Dauerfestigkeit untersucht. Die auftretenden Lagerkräfte, die aus der EHD Simulation ausgegeben wurden, sind in weiterer Folge für die Spannungsanalyse mittels Finite Elemente Methode in Abaqus verwendet und für verschiedene Betriebslasten ausgewertet worden. Ausgehend von der Belastungssituation des Pleuels wurde eine Analyse der High Cycle Ermüdung in FEMFAT durchgeführt. Daraus konnte die lokale Ermüdungsfestigkeit des Pleuels berechnet werden. Durch die HCF Simulation konnte ein Bereich als kritisch in Bezug auf die Ermüdungssicherheit lokalisiert werden, wobei dieser mit konstruktiven Anpassungen entschärft wurde. Zuguterletzt wurde der Einfluss des Anzugsverfahrens der Pleuelschrauben auf die Anpresskraft auf das Lager im Detail untersucht. Dabei wurden verschiedene Anzugsreihenfolgen und auch der Unterschied zwischen einem einstufigen und einem zweistufigen Anzugsverfahren mit Hilfe einer Parameterstudie verglichen. Dadurch konnte die Verteilung der Anpresskraft über die Lagerbreite aber auch über den Lagerwinkel mit MATLAB auf ihre Homogenität untersucht werden. Die Studie zeigte, dass die Anzugsreihenfolge, aber auch die Anzahl der Anzugschritte einen wesentlichen Einfluss auf die Homogenität der Pressungsverteilung im Lager hat. Zusammenfassend konnte der durchgeführte virtuelle Workflow zur Beurteilung eines Pleuels aufschlussreiche Ergebnisse für die Entwicklung von schnelllaufenden Großmotoren liefern. Auch die Bedeutung des Anziehverfahrens der Pleuelschrauben ist deutlich geworden. So wird der Motorentwicklungsprozess und auch der Montageablauf durch den beteiligten Firmenpartner - AVL List GmbH - weiterhin kontinuierlich verbessert werden.
Titel in ÜbersetzungNumerische Analyse eines schnellaufenden Großmotorpleuels
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2020

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 02-03-2025

Schlagwörter

  • Schnelllaufender Großmotor
  • Pleuel
  • Numerische Analyse
  • Elasto-hydrodynamische Analyse
  • HCF Analyse
  • Anziehprozedur

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