Vibrační analýza
Hlavním cílem praktické částí bylo provedení výpočtu modální analýzy. Tato analýza je prvním krokem pro určení základních dynamických charakteristik jako je kmitání, přičemž jeho hlavními faktory jsou vlastní tvary a vlastní frekvence. Rovněž tato analýza vyhodnocovala vliv předepnutí šroubů.
Úprava modelu a nastavení simulace
V úvodní fázi bylo nezbytné upravit geometrický model. Vzhledem k omezením výpočetního výkonu bylo nutné některé části modelu zjednodušit, například odstraněním zahloubení či zkosení pro šrouby.
Následně byly definovány vstupní a okrajové podmínky simulace, které představují klíčový prvek pro správnost výsledné analýzy. Současně bylo nutné přiřadit odpovídající materiály jednotlivým částem turbodmychadla. Pro skříň a disk kompresoru byla použita hliníková litina, zatímco turbínová a ložisková skříň byly vyrobeny z nerezové litiny. Upevňovací desky obtokového ventilu a spojovací desky kompresoru byly vyrobeny z konstrukční oceli, přičemž šrouby byly zhotoveny z uhlíkové oceli. Tyto kroky byly nezbytné pro přesné nastavení simulace a zajištění spolehlivých výsledků
Volba výpočtového přístupu
Vzhledem k tomu, že turbodmychadlo se skládá z několika částí, bylo klíčové správně nastavit kontakty mezi nimi. Volba přístupu k této problematice výrazně ovlivňuje výpočetní náročnost i přesnost simulace.
Jednou z možností je uvažovat turbodmychadlo jako jediný celek (viz obrázek vlevo), což znamená nastavení pevných spojů na celých kontaktních plochách. Tento přístup snižuje výpočetní náročnost a zkracuje dobu výpočtu. Nevýhodou je však zvýšená tuhost celého modelu, což může vést k méně přesným výsledkům.
Přesnější metodou, která byla zvolena pro tuto modální analýzu (viz obrázek vpravo), je rozčlenění turbodmychadla na jednotlivé části s detailně definovanými kontakty. Prvním krokem bylo nastavení kontaktů mezi jednotlivými díly. Následovalo přesné nastavení předpětí šroubů, což je nezbytné pro realistickou simulaci mechanického chování.
Tento postup umožňuje získat přesnější výsledky, ačkoli vyžaduje více výpočetního výkonu a delší čas na zpracování.
Okrajové podmínky
V další fázi bylo nutné definovat okrajové podmínky. Jako pevná podpora byla nastavena plocha turbínové skříně, která zajišťuje uchycení turbodmychadla ke svodům nebo přímo k motoru.
Následovala diskretizace modelu, při které bylo vytvořeno přibližně 950 000 uzlů a 550 000 elementů. Poté byl proveden výpočet strukturální analýzy. Tato analýza zohlednila vliv předpětí šroubů, které způsobuje deformace a vznik tření mezi jednotlivými částmi. Výsledkem byly informace o oblastech, kde dochází k pevnému spojení částí.
Na základě strukturální analýzy byla následně provedena modální analýza. Cílem bylo zjistit, zda se vlastní frekvence konstrukce nenachází v pracovním spektru frekvencí, které bylo v tomto případě od 0 Hz do 335 Hz. Tento rozsah odpovídá frekvencím zápalu motoru automobilu.
Výsledky
Výstupem provedených modálních analýz bylo určení prvních šesti vlastních frekvencí, jak bylo předem nastaveno pro oba přístupy.
Pro první vlastní frekvenci se mezi oběma přístupy projevil rozdíl přibližně 7 %. Zásadní však bylo, že první vlastní frekvence neležela v definovaném spektru pracovních frekvencí. Tento výsledek tedy potvrzuje, že turbodmychadlo bylo navrženo tak, aby se zabránilo rezonancím způsobeným frekvencí zážehu motoru.
