선박용 4행정 디젤엔진의 크랭크축 강도해석

소개글

재료역학 디자인 프로젝트로 한거에요. 주값과 파손이론을 바탕으로 했어요.

목차

1. 서론
1.1. 변환과 주값의 이해
1.2. 방향

2. 크랭크축의 강도
2.1. IACS M53 규정의 크랭크축 디자인
2.2. 등가응력 (Equivalent stress)

3. 단순계산법
3.1. 응력집중계수
3.2. 기하학적 응력집중
3.3. 크랭크축에서의 응력집중
3.4. 응력계산 및 피로강도
3.5. 단순해석 (사례연구)

4. 상세계산법

5. 결론

참고문헌

본문내용

1.1. 선박에서 주 동력원으로 이용하는 디젤엔진은 타 열기관에 비해 열효율이 높고 기동성이 뛰어나 거의 모든 선박의 추진엔진과 발전용 엔진으로 사용되고 있다. 일반적으로 가솔린엔진의 열효율은 25~30% 디젤엔진의 열효율은 30~35%이다. 그리고 열효율을 향상시키기 위하여 최대 연소압력과 평균유효압력이 꾸준히 증가한 고출력 엔진이 개발되고 있고 엔진의 설치공간을 줄이기 위하여 간결화 되어가는 추세이다.

중략..
1. 상세계산법
상세계산은 크랭크축을 Fig. 18와 같이 연속보로 가정[11],[12]하고 실린더에 작용하는 연소압력을 각 실린더에 동시에 고려하여 이론적인 해석을 수행하게 된다. 특히 베어링의 지지 강성은 매우 중요한 요소로 작용되며 계산의 정도를 결정하게 된다. 본 연구에서는 CIMAC(International Congress on Combustion Engines) 등에서 추천하는 경험적인 요소들을 고려하여 계산하였으며 굽힘 모멘트와 비틀림 진동을 계산한 결과를 Fig. 19, 20에 보인다. Fig. 19에서는 상당응력이 가장 큰 부분으로 위상차는 약간 있지만 굽힘 모멘트와 비틀림 진동의 큰 부분이 겹치고 있다. 그러나 Fig. 20에서는 이 두 값이 겹치지 않아 실제 상당응력은 작을 것으로 추정되지만 여러 가지 불확실한 요소에 기인하여 위상을 무시하고 굽힘 모멘트와 진동토크의 최대 최소 값의 위상이 동일하다고 가정 계산하였으며 그 결과를 Fig. 21에 보인다. 그리고 베어링 강성 값의 강성 영향을 확인하기 위하여 베어링 강성 값을 반으로 줄여서 계산한 결과를 Fig. 16에 보인다. 이들을 종합해보면 Fig. 17에 보는바와 같이 단순 계산 시는 저널부의 설계기준인 Q값이 1.47이다 그리고 Fig. 21의 상세계산에서 크랭크 저널의 Q값은 1.59~1.47로 분포되어 있고 크랭크스로우 3번 앞쪽이 가장 낮은 값인 1.47로 이는 단순계산법과 유사하다. 또한 현재보다 베어링의 강성이 반으로 감소할 경우 크랭크 스로우 7번 뒤쪽에서 Q값은 1.25로 저하된다.

참고 자료

1. Abdel-Rahman Ragab, Engineering Solid Mechanics, Ragab Bayoumi, 1998.
2. Cauchys stress formulas
3. Lecture note
4. 이돈출ㆍ강대선, “선박용 4행정 디젤엔진의 크랭크축 강도해석에 관한 연구”, 한국마린엔지니어링학회지, 제30권 3호, 2006. 5.
5. IACS, “Calculation of Crankshafts for I.C.”, IACS UR M53, DEC. 2004.
6. 조제형, “중소형선박 기관부 시운전 및 축마력⦁축비틀림진동계측”, 중소조선 현장훈련 지원사업, 2007.9.
7. Ferdinand P, BeerㆍJr., E. Russel JohnstonㆍDewolf, John, Mechanics of Materials
8. Walter D. Pilkey, Stress Concentration Factors, Petersons
9. Shigley, J.E., C.R. Mischke,Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill
10. 이돈출ㆍ윤완배ㆍ유정대, “종진동에 의한 크랭크축의 안정성 평가”, 한국소음진동공학회, 1997.
11. Daryl L. Logan, “A first course in the Finite Element Method”, Brooks/Cole, 2002
12. 문덕홍ㆍ전효중, “삼연속모멘트정리의 매트릭스법에 의한 박용추진축계 배치계산에 관한 연구”, 한국박용기관학회지(한국마린엔지니어링학회) 제5권 제1호, 1981.