Πρόβλεψη αστοχίας λόγω κόπωσης σε έδρανο κύλισης με προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων

• Κύριος συγγραφέας: Δημόπουλος, Λαοδάμας
• Άλλοι συγγραφείς: Dimopoulos, Laodamas
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Κόπωση κύλισης; Έδρανα κύλισης; Fatigue life; Rolling bearings

Η εργασία αυτή πραγματεύεται το θέμα της αστοχίας των εδράνων κύλισης εξαιτίας του φαινομένου της κόπωσης των υλικών. Παρόλο που υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί φθοράς και αστοχίας που παρατηρούνται στο συγκεκριμένο είδος εξαρτήματος, η κόπωση είναι ο μηχανισμός που συγκεντρώνει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον από την ερευνητική κοινότητα, καθώς αποτελεί αναπόφευκτο κίνδυνο για τη λειτουργική ζωή των εδράνων, και συνεπώς ο σχεδιασμός ενάντια στην κόπωση κατέχει εξέχουσα σημασία. Για την πρόβλεψη των κύκλων φόρτισης μέχρι την αστοχία είναι απαραίτητη η σε βάθος γνώση της εντατικής κατάστασης που αναπτύσσεται κατά τη λειτουργία του εξαρτήματος. Με γνωστό αφενός το ιστορικό καταπονήσεων και αφετέρου τη συμπεριφορά των υλικών κατασκευής σε δυναμικά φορτία, είναι δυνατόν να γίνει μεθοδικός προσδιορισμός του χρόνου λειτουργικής ζωής που απομένει στο εξάρτημα, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας. Στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση υπολογιστικών εργαλείων προσομοίωσης με τη γνωστή μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Αναπτύσσεται τρισδιάστατο μοντέλο εδράνου κύλισης το οποίο και επιλύνεται στο λογισμικό ANSYS. Η εργασία διαρθρώνεται σε έξι (6) κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στις έννοιες και τις βασικές αρχές του φαινομένου της κόπωσης των υλικών και περιγράφονται οι μηχανισμοί με τους οποίους το φαινόμενο επιφέρει τη δομική αστάθεια κατασκευών και μηχανών. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται πιο συγκεκριμένα οι μαθηματικές εκφράσεις που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό σε κόπωση, ώστε να δομηθεί το πλαίσιο στο οποίο θα αναπτυχθεί η έννοια της πρόβλεψης ζωής. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι αρχές λειτουργίας των εδράνων κύλισης και οι μηχανισμοί φθοράς που λαμβάνουν χώρα σε αυτό το εξάρτημα, στο κεφάλαιο 3. Το κεφάλαιο εστιάζει στην Κόπωση Επαφής Κύλισης, που είναι ο κύριος τρόπος με τον οποίο εκδηλώνεται η φθορά λόγω κόπωσης στα έδρανα κύλισης. Στο κεφάλαιο 4 ξεκινάει η ανάπτυξη μοντέλου Π.Σ στο ANSYS Mechanical 17.1, ώστε να προσομοιωθεί η λειτουργία του τυποποιημένου εδράνου κύλισης NJ203. Το κεφάλαιο αυτό περιγράφει όλα τα βήματα που πραγματοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του μοντέλου, και έπειτα παρουσιάζει τα αποτελέσματα που εξάγει για την εντατική κατάσταση στη διάρκεια της κύλισης. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 χρησιμοποιούνται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση, και οι θεωρητικές βάσεις σχετικά με την κόπωση κύλισης ώστε να γίνει η πρόβλεψη του χρόνου ζωής μέχρι την αστοχία του εξαρτήματος. Το κεφάλαιο 6 περιέχει συμπεράσματα, σχόλια, και προτάσεις για περαιτέρω ανάπτυξη του θέματος σε μελλοντικές εργασίες.