Turbo dizel bir motorda bir pistonun termal ve mekanik yükler altında sonlu elemanlar yöntemiyle gerilim analizi
Stress analysis of a piston of a turbo diesel engine under thermal and mechanical loads using finite element method
Yazar: BARAN VAROL
Danışman: DOÇ. DR. BORA YILDIRIM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Geçici rejim analizi = Transient analysis ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Termal bariyer kaplama = Thermal barrier coating ; Yorulma analizi = Fatigue analysis

Özet:
Termal bariyer kaplamaları, bir bileşenin en az bir yüzeyini tamamen kaplayarak, yanma odasındaki yüksek ısının malzemenin içine nüfuz etmesini engellemektedir. İçten yanmalı motorlarda termal bariyer kaplaması kullanılarak, yanma odasının sıcaklığı artırılmakta ve yanmanın daha verimli olması sağlanmaktadır.Bu tezde 1,9lt silindir hacmine, 130 hp maksimum çıkış gücüne sahip, VW tarafından üretilen turbo beslemeli bir dizel motor ve bu motora ait piston modellenmektir. Ricardo Wave® yazılımıyla motorun modeli oluşturulmuştur; motorda oluşan yükler bu modelden, kaplama uygulamasından önce ve kaplama uygulamasından sonra, ayrı olarak hesaplanmıştır. Pistonun 3 boyutlu CAD modeli Solidworks® yazılımıyla oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar analizi için Ansys® yazılımı kullanılmıştır. Sonlu elemanlar analizi, motorun krank açısına göre değişen yükler kullanılarak, süreksiz olarak yapılmıştır. Pistonun yorulma ömrü N-code DesignLife yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır. Motor modelinden, kaplama uygulamasından önceki ve sonraki güç çıkışı, spesifik yakıt tüketimi, CO emisyonu, yanmamış yakıt miktarı, NOx emisyonu, egzoz gazı sıcaklığı verileri alınarak karşılaştırılmıştır.Yapılan çalışmalar sonucunda, termal bariyer kaplamasının yanmanın verimini artırdığı ve buna bağlı olarak; spesifik yakıt tüketimi, CO emisyonu ve yanmamış yakıt miktarının düşmesini, aynı zamanda motor gücünün artmasını sağladığı ve NOx emisyonunun artmasına da neden olduğu görülmüştür. Kaplamanın, pistonun ömrü üzerinde olumsuz etkisi olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Thermal barrier coatings prevent the penetration of the heat inside combustion chamber to the material with covering at least one surface of a component. By using thermal barrier coatings in internal combustion engines, the temperature of combustion chamber is increased and the combustion can be more efficient.In this thesis, a turbocharged diesel engine manufactured by VW, with 1.9lt displacement and 130 hp power output is modeled with the piston of this engine. Engine model is produced by Ricardo Wave® software; the loads generated inside the engine are taken from this model for before and after coating application. The 3 dimensional CAD model of the piston is generated with Solidworks® software. For finite element analysis Ansys® software is used. The finite element analysis is done with transient conditions using loads varying with crank angle. The fatigue life of the piston is calculated with N-code DesignLife® software. Power output, specific fuel consumption, CO emission, unburned fuel amount, NOx emission, exhaust gas temperature data are taken from the engine model before and after coating application and they are compared.As a result of the current studies, it is observed that thermal barrier coating increases the combustion efficiency which leads to a decrease in specific fuel consumption, CO emission and unburned fuel amount while increasing power output and NOx emission. It is also determined that the coating has a negative effect on the fatigue life of the piston.