Search

Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas., The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.

Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas., The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.

Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas., The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.

Náplní této disertační práce je popis komplexní a obecně použitelné strategie výpočetního modelování chování kluzných ložisek, pracujících v režimu smíšeného mazání a uvažujících reálné struktury drsných povrchů obou členů kluzných ložisek – ložiskových pánví a ložiskových čepů. V práci jsou uvedeny a detailně popsány způsoby získání charakteristických popisných dat těchto drsných povrchů a její nedílnou součástí je i popis numerických algoritmů, sloužících k následnému zpracování těchto dat. Dále jsou zde rozebrány implementované výpočetní přístupy k modelování kontaktního tlaku. Ovlivnění hydrodynamické mazací vrstvy kluzných ložisek je dáno velikostí a průběhem faktorů toku, jejichž numerické stanovování je zde detailně popsáno. Alternativní stanovení faktorů toku pomocí analytických funkcí je zde pro úplnost rovněž obsaženo. V závěru práce je uveden popis numerického řešiče modelování chování kluzných ložisek spolu s uvedenými výsledky provedených simulací a jejich diskuzí. Ověření jednotlivých výpočetních modelů, popřípadě porovnání výsledků s výsledky získanými alternativním způsobem, je uvedeno v příslušných kapitolách., The scope of this dissertation is the description of a complex and generally applicable strategy for computational modelling of slide bearing in mixed lubrication regime. Also taking into consideration real pattern of rough surfaces of both slide bearing parts – bearing shells and bearing pins. Detailed ways to get characteristic data describing rough surfaces and the description of numerical algorithm used for subsequent surface data processing are listed in this doctoral thesis. Furthermore, all the implemented computational models for contact pressure modelling are discussed. The impact on hydrodynamic lubrication layer of slide bearings is given by the size and trend of flow factors, whose numerical determination is also described in detail in this thesis. Alternative assessment of flow factors using analytical equations is also listed for the completeness. In the closing section of this thesis a description of the numerical solver of slide bearing behaviour is included, together with stated and discussed results of realised simulations. The verification of individual computational models and the comparison of their results are presented in relevant chapters.

Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas., The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.

Náplní této disertační práce je popis komplexní a obecně použitelné strategie výpočetního modelování chování kluzných ložisek, pracujících v režimu smíšeného mazání a uvažujících reálné struktury drsných povrchů obou členů kluzných ložisek – ložiskových pánví a ložiskových čepů. V práci jsou uvedeny a detailně popsány způsoby získání charakteristických popisných dat těchto drsných povrchů a její nedílnou součástí je i popis numerických algoritmů, sloužících k následnému zpracování těchto dat. Dále jsou zde rozebrány implementované výpočetní přístupy k modelování kontaktního tlaku. Ovlivnění hydrodynamické mazací vrstvy kluzných ložisek je dáno velikostí a průběhem faktorů toku, jejichž numerické stanovování je zde detailně popsáno. Alternativní stanovení faktorů toku pomocí analytických funkcí je zde pro úplnost rovněž obsaženo. V závěru práce je uveden popis numerického řešiče modelování chování kluzných ložisek spolu s uvedenými výsledky provedených simulací a jejich diskuzí. Ověření jednotlivých výpočetních modelů, popřípadě porovnání výsledků s výsledky získanými alternativním způsobem, je uvedeno v příslušných kapitolách., The scope of this dissertation is the description of a complex and generally applicable strategy for computational modelling of slide bearing in mixed lubrication regime. Also taking into consideration real pattern of rough surfaces of both slide bearing parts – bearing shells and bearing pins. Detailed ways to get characteristic data describing rough surfaces and the description of numerical algorithm used for subsequent surface data processing are listed in this doctoral thesis. Furthermore, all the implemented computational models for contact pressure modelling are discussed. The impact on hydrodynamic lubrication layer of slide bearings is given by the size and trend of flow factors, whose numerical determination is also described in detail in this thesis. Alternative assessment of flow factors using analytical equations is also listed for the completeness. In the closing section of this thesis a description of the numerical solver of slide bearing behaviour is included, together with stated and discussed results of realised simulations. The verification of individual computational models and the comparison of their results are presented in relevant chapters.

Náplní této disertační práce je popis komplexní a obecně použitelné strategie výpočetního modelování chování kluzných ložisek, pracujících v režimu smíšeného mazání a uvažujících reálné struktury drsných povrchů obou členů kluzných ložisek – ložiskových pánví a ložiskových čepů. V práci jsou uvedeny a detailně popsány způsoby získání charakteristických popisných dat těchto drsných povrchů a její nedílnou součástí je i popis numerických algoritmů, sloužících k následnému zpracování těchto dat. Dále jsou zde rozebrány implementované výpočetní přístupy k modelování kontaktního tlaku. Ovlivnění hydrodynamické mazací vrstvy kluzných ložisek je dáno velikostí a průběhem faktorů toku, jejichž numerické stanovování je zde detailně popsáno. Alternativní stanovení faktorů toku pomocí analytických funkcí je zde pro úplnost rovněž obsaženo. V závěru práce je uveden popis numerického řešiče modelování chování kluzných ložisek spolu s uvedenými výsledky provedených simulací a jejich diskuzí. Ověření jednotlivých výpočetních modelů, popřípadě porovnání výsledků s výsledky získanými alternativním způsobem, je uvedeno v příslušných kapitolách., The scope of this dissertation is the description of a complex and generally applicable strategy for computational modelling of slide bearing in mixed lubrication regime. Also taking into consideration real pattern of rough surfaces of both slide bearing parts – bearing shells and bearing pins. Detailed ways to get characteristic data describing rough surfaces and the description of numerical algorithm used for subsequent surface data processing are listed in this doctoral thesis. Furthermore, all the implemented computational models for contact pressure modelling are discussed. The impact on hydrodynamic lubrication layer of slide bearings is given by the size and trend of flow factors, whose numerical determination is also described in detail in this thesis. Alternative assessment of flow factors using analytical equations is also listed for the completeness. In the closing section of this thesis a description of the numerical solver of slide bearing behaviour is included, together with stated and discussed results of realised simulations. The verification of individual computational models and the comparison of their results are presented in relevant chapters.

Náplní této disertační práce je popis komplexní a obecně použitelné strategie výpočetního modelování chování kluzných ložisek, pracujících v režimu smíšeného mazání a uvažujících reálné struktury drsných povrchů obou členů kluzných ložisek – ložiskových pánví a ložiskových čepů. V práci jsou uvedeny a detailně popsány způsoby získání charakteristických popisných dat těchto drsných povrchů a její nedílnou součástí je i popis numerických algoritmů, sloužících k následnému zpracování těchto dat. Dále jsou zde rozebrány implementované výpočetní přístupy k modelování kontaktního tlaku. Ovlivnění hydrodynamické mazací vrstvy kluzných ložisek je dáno velikostí a průběhem faktorů toku, jejichž numerické stanovování je zde detailně popsáno. Alternativní stanovení faktorů toku pomocí analytických funkcí je zde pro úplnost rovněž obsaženo. V závěru práce je uveden popis numerického řešiče modelování chování kluzných ložisek spolu s uvedenými výsledky provedených simulací a jejich diskuzí. Ověření jednotlivých výpočetních modelů, popřípadě porovnání výsledků s výsledky získanými alternativním způsobem, je uvedeno v příslušných kapitolách., The scope of this dissertation is the description of a complex and generally applicable strategy for computational modelling of slide bearing in mixed lubrication regime. Also taking into consideration real pattern of rough surfaces of both slide bearing parts – bearing shells and bearing pins. Detailed ways to get characteristic data describing rough surfaces and the description of numerical algorithm used for subsequent surface data processing are listed in this doctoral thesis. Furthermore, all the implemented computational models for contact pressure modelling are discussed. The impact on hydrodynamic lubrication layer of slide bearings is given by the size and trend of flow factors, whose numerical determination is also described in detail in this thesis. Alternative assessment of flow factors using analytical equations is also listed for the completeness. In the closing section of this thesis a description of the numerical solver of slide bearing behaviour is included, together with stated and discussed results of realised simulations. The verification of individual computational models and the comparison of their results are presented in relevant chapters.

Náplní této disertační práce je popis komplexní a obecně použitelné strategie výpočetního modelování chování kluzných ložisek, pracujících v režimu smíšeného mazání a uvažujících reálné struktury drsných povrchů obou členů kluzných ložisek – ložiskových pánví a ložiskových čepů. V práci jsou uvedeny a detailně popsány způsoby získání charakteristických popisných dat těchto drsných povrchů a její nedílnou součástí je i popis numerických algoritmů, sloužících k následnému zpracování těchto dat. Dále jsou zde rozebrány implementované výpočetní přístupy k modelování kontaktního tlaku. Ovlivnění hydrodynamické mazací vrstvy kluzných ložisek je dáno velikostí a průběhem faktorů toku, jejichž numerické stanovování je zde detailně popsáno. Alternativní stanovení faktorů toku pomocí analytických funkcí je zde pro úplnost rovněž obsaženo. V závěru práce je uveden popis numerického řešiče modelování chování kluzných ložisek spolu s uvedenými výsledky provedených simulací a jejich diskuzí. Ověření jednotlivých výpočetních modelů, popřípadě porovnání výsledků s výsledky získanými alternativním způsobem, je uvedeno v příslušných kapitolách., The scope of this dissertation is the description of a complex and generally applicable strategy for computational modelling of slide bearing in mixed lubrication regime. Also taking into consideration real pattern of rough surfaces of both slide bearing parts – bearing shells and bearing pins. Detailed ways to get characteristic data describing rough surfaces and the description of numerical algorithm used for subsequent surface data processing are listed in this doctoral thesis. Furthermore, all the implemented computational models for contact pressure modelling are discussed. The impact on hydrodynamic lubrication layer of slide bearings is given by the size and trend of flow factors, whose numerical determination is also described in detail in this thesis. Alternative assessment of flow factors using analytical equations is also listed for the completeness. In the closing section of this thesis a description of the numerical solver of slide bearing behaviour is included, together with stated and discussed results of realised simulations. The verification of individual computational models and the comparison of their results are presented in relevant chapters.