Doctor of Sciences (Engineering), Professor, professor of Chair “Mechanical Engineering Technology, Machines and Tools”
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология машиностроения, станки и инструменты»
postgraduate student of Chair “Mechanical Engineering Technology, Machines and Tools”
аспирант кафедры «Технология машиностроения, станки и инструменты»
Analysis of the processing equipment structures when designing according to the temperature criterion is a necessary guarantee of ensuring the required performance characteristics. The presence of a significant number of parts in the processing equipment units and mechanisms requires, when designing, the prediction of the heat flow passage through the joints. When simulating contact thermal resistance, the variety of requirements for a joint can be taken into account by introducing a pseudolayer into the contact zone. The paper presents test results of the proposed regression dependence of the temperature change when the heat flow goes through the pseudolayer obtained considering four significant factors: the pseudolayer thickness, the nominal pressure, the material yield strength, and the actual contact zone location. The adequacy of the specified regression dependence was verified experimentally and applying numerical simulation using large-block finite elements. To describe the process of heat transfer in the thermal model elements, the authors determined contact thermal resistances for several conditions for the heat flow propagation: from one finite element to another within one part; from one finite element to another located in an adjacent part; heat flow passing through closed cavities; heat flow propagation into the environment for finite elements located on the outer (free) contour of the part. The experiments showed a good agreement between the experimental data and the simulation results. The application of large-block finite elements based on the proposed contact thermal resistance model allowed bringing the FE simulation technique to engineering use without complex software.
Анализ конструкций технологического оборудования при проектировании по температурному критерию является необходимой гарантией обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Наличие значительного количества деталей в узлах и механизмах технологического оборудования требует при проектировании прогнозирования прохождения теплового потока через соединения. Многообразие требований к соединению при моделировании контактного термического сопротивления может быть учтено введением в зону контакта псевдослоя. Приведены результаты проверки предложенной регрессионной зависимости изменения температуры при прохождении теплового потока через псевдослой, полученной при учете четырех существенных факторов: толщины псевдослоя, номинального давления, предела текучести материала, расположения зоны фактического контакта. Адекватность указанной регрессионной зависимости проверялась экспериментально и с использованием численного моделирования с применением крупноблочных конечных элементов. Для описания процесса теплообмена в элементах тепловой модели были определены контактные термические сопротивления для нескольких условий распространения теплового потока: от одного конечного элемента к другому в пределах одной детали; от одного конечного элемента к другому, расположенному в соседней детали; прохождения теплового потока через замкнутые полости; распространения теплового потока в окружающую среду для конечных элементов, расположенных на наружном (свободном) контуре детали. Проведенные эксперименты показали хорошее совпадение экспериментальных данных и результатов моделирования. Применение крупноблочных конечных элементов на основе предложенной модели контактного термического сопротивления позволило довести методику конечно-элементного моделирования до инженерного использования без сложного программного обеспечения.