diplomová práce

Pevnostní analýza rotoru turbodmychadla stacionárního spalovacího motoru

Text práce 6.23 MB

Autor práce: Ing. Dan Kejval

Ak. rok: 2023/2024

Vedoucí: prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.

Oponent: Ing. Petr Kudláček

Abstrakt:

Rotory turbodmychadel jsou vysoce namáhané součásti, které jsou vystaveny značnému tepelně-mechanickému zatížení. Tato diplomová práce poskytuje rešerši problematiky tohoto zatížení u rotorů turbodmychadel a zaměřuje se na analýzu teplotního pole a pevnostní analýzu rotoru turbodmychadla stacionárního spalovacího motoru za různých ustálených provozních stavů, zvláště na stav při maximálním tepelně-mechanickém zatížení. K analýze byl použit software Ansys Mechanical, který metodou konečných prvků umožňuje vypočítat teplotní pole a zároveň identifikovat a vyhodnotit kritická místa rotoru. Výsledkem práce je posouzení bezpečnosti rotoru, včetně rizika uvolňování kroužků předepnutých na hřídeli rotoru.

Klíčová slova:

turbodmychadlo, rotor, přenos tepla, tepelně-mechanické zatížení, analýza, MKP

Termín obhajoby

17.06.2024

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta. 1. Jaký vliv na výsledek mohl mít typ zvolené analýzy (Steady-State), zadané okrajové podmínky a zvolené zjednodušující předpoklady (náhrada šroubového spoje)? Jaké další kroky byste provedl pro zpřesnění Vámi provedené analýzy? Zodpovězeno. 2. V úvodní části práce jste zmínil motivaci pro tvorbu této analýzy, a tedy: výskyt harmonických frekvencí během provozu, jejichž možnou příčinou je uvolňování kroužků nasazených na hřídeli rotoru. Závěrem práce je výsledek, že k povolování sestavy rotoru docházet nemůže. Jakou další analýzu, studii byste zvolil, aby bylo možné identifikovat příčinu těchto harmonických frekvencí, naznačte další postup. Zodpovězeno. Dále odpovídal na otázky členů komise: 1. Jakým mechanismem může dojít k přenosu oleje do sání kompresoru? Zodpovězeno. 2. Jak lze zahrnout vliv nestacionárního charakteru teploty plynů při hodnocení pevnosti? Zodpovězeno. 3. Popiště hodnocení pevnosti v případě vysokocyklové únavy. Zodpovězeno.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Automobilní a dopravní inženýrství (N-ADI-P)

Složení komise

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jan Klimeš (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)
Ing. Marek Slovák (člen)

Student ve své práci analytického charakteru na 93 stranách (73 bez úvodní části a seznamu literatury) vhodně aplikoval 3D MKP simulace na problematiku přenosu tepla a hodnocení pevnosti rotoru turbodmychadla.

Student v průběhu tvorby práce pracoval velmi aktivně a průběžně konzultoval svůj postup. Zároveň iniciativně hledal dostupná řešení pro splnění cílů práce. Použité metody jsou na úrovní současně používaných metod v průmyslové praxi.

Rešerše byla zpracována v požadovaném rozsahu, poměrně kvalitně a využívá současné znalosti publikované ve světové literatuře. Analýza teplotního pole a pevnostní analýza byly provedeny vhodně, chybí zmínka o povaze napjatosti vzhledem k času (ustálený stav napjatosti proti časově proměnné napjatosti a případné únavě materiálu). Cíle práce jsou však jednoznačně splněny.

Po celkovém zhodnocení lze konstatovat, že diplomant splnil požadavky kladené na závěrečnou práci.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Petr Kudláček

Závěrečná práce pana Kejvala se zabývá problematikou pevnostní analýzy rotoru turbodmychadla. Cílem práce je provedení analýzy teplotního pole a pevnostní analýzy rotoru v ustáleném stavu, a to při maximálním tepelně-mechanickém zatížení. Práce obsahuje 93 stran včetně úvodní části a seznamu použitých zdrojů. Autor práci započal stručným popisem motivace pro vznik této práce, dále autor popisuje konstrukci turbodmychadla se zaměřením na rotor. V další části autor popisuje mechanismy přenosu tepla v turbodmychadle a současný stav v oblasti tepelně-mechanického zatížení rotoru turbodmychadla a hodnocení pomocí FEM. Poslední a stěžejní část práce se zabývá vlastní analýzou rotoru turbodmychadla v prostředí Ansys Mechanical.

Práce je po stylistické stránce na požadované úrovni, to lze konstatovat i o stránce gramatické, kde bych vytknul jen malé množství překlepů a chyb. Struktura a kapitoly práce jsou řazeny logicky. Po stránce odborného vyjadřování lze práci rovněž hodnotit kladně.
Grafická stránka práce je na dobré úrovni. Vytknul bych jen použití některých převzatých obrázků s nízkou grafickou kvalitou, mnohdy s nečitelným popisem, např. obr.19. Autorovu práci se zdroji lze popsat jako nadprůměrnou, a lze konstatovat, že prokázal znalost správného citování. Pan Kejval využil 87 informačních zdrojů. Samotná použitá literatura je aktuální a na vysoké úrovni, co se kvality a odbornosti týká, což se odráží na kvalitě celé práce. Autor prokázal schopnost interpretace získaných informací a znalostí v rámci vypracování závěrečné práce. Vytvořené analýzy a použité nástroje, včetně postupu práce lze považovat za správné a standardní. Závěrem lze říct, že autor vyčerpávajícím způsobem popsal danou problematiku, provedl požadovanou analýzu a splnil tak všechny potřebné náležitosti a cíle práce.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. V úvodní části práce jste zmínil motivaci pro tvorbu této analýzy, a tedy: výskyt harmonických frekvencí během provozu, jejichž možnou příčinou je uvolňování kroužků nasazených na hřídeli rotoru. Závěrem práce je výsledek, že k povolování sestavy rotoru docházet nemůže. Jakou další analýzu, studii byste zvolil, aby bylo možné identifikovat příčinu těchto harmonických frekvencí, naznačte další postup.
  2. Jaký vliv na výsledek mohl mít typ zvolené analýzy (Steady-State), zadané okrajové podmínky a zvolené zjednodušující předpoklady (náhrada šroubového spoje)? Jaké další kroky byste provedl pro zpřesnění Vámi provedené analýzy?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová