عنوان ترجمه شده مقاله: اثر پوشش حایل حرارتی بر توزیع تنش یک بستار موتور دیزلی

In the present paper, a finite element analysis of a coated and un-coated cylinder head is performed to find stress distributions. A thermal barrier coating (TBC)system which is applied on the combustion chamber, consists of two-layer systems: a ceramic top coat (TC), made of yttria stabilized zirconia (YSZ), ZrO2-8%Y2O3and also a metallic bond coat (BC), made of Ni-Cr-Al- Y. A three-dimensional finite element model of the cylinder head is simulated in ABAQUS software andtwo-layer elastic-visco-plastic material behavior is used for aluminum alloy. For BC and TC layers, elastic andplastic properties are considered. Then, the coating effect on stress distributions is investigated. The purpose of this work is to ompare stress distributions in the cylinder head, with and without the TBC system under thermo-mechanical loadings. The TBC system provides a temperature drop of about 100°C due to itslow thermal conductivity. The results show that stress values decrease in the coated cylinder head due to lowertemperature gradient below coating areas. This reduction in the stress of the substrate is about 20 (MPa) which can lead to higher fatigue lifetime. As anotherresult, the temperature of the TC face has no significant effects on temperature and stress distributions of the coated cylinder head 

چکیده

در مقاله حاضر، تحلیل المان محدود یک بستار پوشش داده شده و پوشش داده نشده برای یافتن توزیع تنش انجام می شود. سیستم پوشش حایل حرارتی (TBC) که در محفظه احتراق استفاده می شود، شامل سیستم های دو لایه است: یک پوشش سرامیکی فوقانی (TC)، ساخته شده از زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ)، ZrO2-8٪ Y2O3 و همچنین یک پوشش اتصال دهنده فلزی (BC)، ساخته شده از آلیاژ نیکل-کروم-آلومینیوم. مدل سه بعدی المان محدود بستار در نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شده و رفتار ماده الاستیک ویسکو پلاستیک دو لایه برای آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. برای لایه های BC و TC، خواص الاستیک و پلاستیک در نظر گرفته شده است. سپس، اثر پوشش بر توزیع تنش بررسی شده است. هدف از این کار مقایسه ی توزیع تنش در بستار، با و بدون سیستم TBC تحت بارگذاری حرارتی-مکانیکی است. سیستم TBC، افت دمایی در حدود 100 درجه سانتی گراد به دلیل هدایت حرارتی کم آن فراهم می کند. نتایج نشان می دهد که مقادیر تنش در بستار پوشش داده شده به علت گرادیان دمای پایین تر در زیر مناطق پوششd کاهش می یابد. این کاهش در تنش زیر لایه حدود 20 (مگاپاسکال) است که می تواند به طول عمر خستگی بالاتر منجر شود. به عنوان یک نتیجه دیگر، دمای صفحه TC، اثرات قابل توجهی در توزیع دما و تنش بستار پوشش داده شده ندارد.

-1مقدمه

آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون به طور گسترده در قطعات خودرو مانند بستارهای موتور دیزل به دلیل خواص برجسته مکانیکی، فیزیکی، و ریخته گری آن استفاده شده است. در موتورهای دیزل، حدود 30 درصد از انرژی سوخت به دلیل تلفات حرارتی از طریق اجزای محفظه احتراق هدر می رود. استفاده از سیستم های پوشش حایل حرارتی (TBC) در محفظه احتراق موتور دیزل باعث کاهش تلفات حرارتی خواهد شد و لذا، ​​ دمای متوسط احتراق افزایش خواهد یافت. این مسئله بازده حرارتی را افزایش و مصرف سوخت و انتشاراتی مانند هیدروکربن را کاهش خواهد داد. بستارهای آلیاژ آلومینیوم نیازمند برآورده کردن دو مسئله ضروری هستند، یعنی، مقاومت در برابر تغییر شکل تحت فشار احتراق و بارهای مونتاژ و همچنین، چقرمگی کافی در دمای بالا برای جلوگیری از ترک خوردگی. این شرایط ترمومکانیکی تنها می تواند با استفاده از روش خنک کننده مدرن و یا یک پوشش محافظ مانند TBCs ]1-2[ به دست آید. معمولا، سیستم های TBC یک لایه پوشش اتصال دهنده فلزی (BC) و همچنین یک لایه پوشش سرامیک فوقانی (TC) دارند…