Analýza deformačně napěťového chování přítlačné talířové pružiny v sestavě turbodmychadla za vysoké teploty

Abstract

Diplomová práce se zabývá deformačně-napěťovou analýzou přítlačné talířové pružiny turbodmychadla s variabilní geometrií lopatek s cílem posouzení, zda lze stávající materiál Inconel 718 nahradit levnější superslitinou Inconel X-750. Pružina musí po celou dobu provozu vyvozovat předepsanou přítlačnou sílu. Vlivem vysokého teplotního zatížení dochází k tečení materiálu, které způsobuje relaxaci napětí a pokles přítlačné síly. Řešení bylo provedeno výpočtovým modelováním v prostředí Ansys Workbench 2023 R2. Teplotní okrajové podmínky byly stanoveny CFD analýzou, relaxace napětí byla vyhodnocena pomocí 2D osově symetrického MKP modelu kalibrovaného na základě 3D analýzy. Inconel 718 vykazuje pokles přítlačné síly o 0,007 % a limitního creepového přetvoření 1 % dosahuje po 40000 h. Inconel X-750 vykazuje pokles síly o 5,1 % a limitního přetvoření dosahuje po 2040 h. Tvarovou optimalizací byl průběh přítlačné síly přiblížen Inconelu 718, procentuální relaxace vzrostla na 5,9 % a 7,6 % a životnost byla prodloužena o 16,7 % a 19,6 %, požadovaná životnost nebyla dosažena. Náhrada Inconelu 718 za Inconel X-750 při zachování stávající technologie výroby není možná.This thesis deals with the stress-strain analysis of a belleville spring of a variable geometry turbocharger, with the aim of assessing whether the existing material Inconel 718 can be replaced by the less expensive superalloy Inconel X-750. The spring must maintain a prescribed preload force throughout its entire service life. Due to high thermal loading, material creep occurs, causing stress relaxation and a reduction in preload force. The solution was carried out using computational modelling in the Ansys Workbench 2023 R2 environment. Thermal boundary conditions were determined by CFD analysis. Stress relaxation was evaluated using a 2D axisymmetric FEM model calibrated against a 3D analysis. Inconel 718 exhibits a preload force reduction of 0.007 % and reaches the limiting creep strain of 1 % after 40000 h. Inconel X-750 exhibits a force reduction of 5.1 % and reaches the limiting strain after 2040 h. Shape optimisation brought the preload force response closer to that of Inconel 718. However, the percentage relaxation increased to 5.9 % and 7.6 %, and the service life was extended by 16.7 % and 19.6 %, yet the required service life was not achieved. Replacement of Inconel 718 by Inconel X-750 while retaining the existing manufacturing technology is not feasible.