Analiza mehanskega odziva ohišja jedra elektromagneta Anže îelik, univ. dipl. inž., Kla- divar Žiri, d. d., Žiri; as. dr. Pino Koc, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, prof. dr. Boris Štok, univ. dipl. inž., Uni- verza v Ljubljani, Fakulteta za strojnišvo – LNMS Anže ČELIK, Pino KOC, Boris ŠTOK IzvleÏek: V prispevku je predstavljena analiza mehanskih stanj elektromagneta, ki se uporablja za prekrmiljenje bata hidravliïnega ventila. Na primeru Kladivarjevega EM je bila izvedena trdnostna analiza lotnega spoja in jedra. Izdelan je bil numeriïni model za analizo po metodi konïnih elementov. Mehanski parametri lotnega spoja so bili umerjeni glede na rezultate izvedenega nateznega preizkusa epruvete (jedra). Na osnovi umerje- nega modela je bila izdelana mehanska analiza jedra elektromagneta (EM) za primer projektno predvidenega normalnega obratovanja. KljuÏne besede: mehanska analiza, elektromagnet, metoda konïnih elementov, jedro, kotva, natezni preizkus, Jedro EM je sestavljeno iz dveh raz- liïnih materialov (slika 2): • osnovni material je avtomatno jeklo z dodanimi legirnimi ele- menti, v osnovi magnetno, • lotni spoj je na osnovi bakra (bakrov lot) z do- danimi legirni- mi elementi, ne- magnetno. 1 Uvod Osnovni element elektromagneta je jedro valjaste oblike (slika 1), v kate- rem se giblje kotva pod vplivom elek- tromagnetnih sil. Obdaja ga okrov s tuljavo, ki je izpostavljena enosmer- nemu toku. Jedro je pod tlakom hid- ravliïne tekoïine. Ta povzroïa utrip- no obremenitev velikosti med 0 in 250 bari. Jedro elektromagneta mora vzdržati približno 1×10 7 preklopov in s tem tudi toliko nihajev tlaka. Lotni spoj se pri trajnostnih testih izkaže za najšibkejšo toïko na celot- nem jedru. Razlog za izbrani naïin spajanja dveh magnetnih materialov z lotnim spojem je v elektromagne- tizmu. Izmere jedra elektromagneta Detajlne izmere jedra EM so na voljo v raziskovalni enoti podjetja Kladivar, d. d. 446 Ventil 14 /2008/ 5 Slika 1. Prikaz vgradnje jedra EM v potni ventil [1] Slika 2. Razdelitev jedra EM glede na lastnosti materialov Slika 3. Glavne izmere jedra EM HIDRAVLIČNI VENTIL 447 Ventil 14 /2008/ 5 Prikaz sestave jedra elektromagneta Cilj Karakterizacija lotnega spoja na osno- vi izvedenega nateznega preizkusa in trdnostni preraïun jedra 1 EM pod vplivom tlaka fluida. 2 Eksperimentalni del Eksperimentalni del zajema natezni preizkus epruvete. Pred izvedbo nateznega preizkusa je bilo potrebno ugotoviti potrebno vleïno silo za pretrg epruvete in nato poiskati ustrezen trgalni stroj. Izve- dena je bila tako 2D- kot 3D-nume- riïna simulacija vleka za doloïitev velikosti sile in pomikov epruvete ob pretrgu. Tako dobljena velikost sile je znašala približno 40kN. Doloïiti je bilo potrebno tudi naïin vpetja epruvete v trgalne ïeljusti. Možnih je veï naïinov. Izbrana sta bila dva: prenos sile preko: • navojev, • tornega kontakta (izbran kot naj- primernejši). Pred izvedbo nateznega preizkusa je bil za potrebe numeriïnih simulacij privzet idealno izdelan lotni spoj (njegova nosilnost je pogojena s sla- bšim materialom v stiku). 1 Jedro EM je v nadaljevanju imenovano epruveta! Po opravljenem nateznem prei- zkusu pa sta bili tako 2D- kot tudi 3D-simulacija ustrezno umerje- ni (modifikaci- ja lastnosti lot- nega spoja) in ponovno izve- deni. Rezulta- ti numeriïne si- mulacije v po- glavju 3 so pri- kazani po umer- janju. 2.1 Natezni preizkus Zaradi potreb umerjanja numeriïnih simulacij jedra EM je bilo potrebno epruveto izpostaviti enoosnemu nape- tostnemu stanju (trgalni stroj, slika 5). Takšno stanje je potem najenostav- neje primerjati bodisi z materialnimi podatki (npr. mejo teïenja, natezno trdnostjo) bodisi z rezultati numeriï- ne analize nateznega preizkusa. Za uporabljeni material lota sicer vemo, kakšno nosilnost ima, ne poz- namo pa nosilnosti spoja, ki je zaradi razliïnih kemiïnih, metalurških idr. vplivov lahko tudi manjša od nosilno- sti šibkejšega izmed dveh materialov v lotnem spoju. Zato je namen na- teznega preizkusa ugotoviti nosilnost spoja kot celote! Slika 4. Sestavni deli jedra EM Slika 5. Vpetje epruvete v Ïeljusti trgalnega stroja Slika 6. Hipna porušitev epruvete HIDRAVLIČNI VENTIL Za jedro EM so bile opravljene 4 analize razliïnih tipov: • natezni preizkus na trgalnem stro- ju in ustrezna statistiïna analiza, • 2D-elasto-plasto-mehanska anali- za nateznega preizkusa epruvete, • 3D-elasto-plasto-mehanska anali- za nateznega preizkusa epruvete, • 2D-elasto-plasto-mehanska anali- za jedra pod vplivom hidravliïnih obremenitev pri normalnem obra- tovanju. Na prelomni površini lota (slika 8 in slika 9) so opazne sledi jekla. Iz tega sklepamo, da najprej poïi magnetni (jekleni) del jedra. To je zanimivo odkritje, saj ima jeklo precej višjo porušitveno trdnost v primerjavi z lotom. Razlog gre iskati v razliïnem modulu elastiïnosti obeh materia- lov (glej: tabela 1, tabela 2). Lot se izkaže kot precej bolj duktilen, saj omogoïa precej veïje kontrakcije in dilatacije v primerjavi z jeklom. Zaïetni položnejši del krivulje na obeh slikah (slika 6, slika 7)j ep o - sledica zajedanja zobcev ïeljusti v stene epruvete, zdrsov, zraïnosti in deformabilnosti sestava (stroja, vpenjalnih glav in ïeljusti). Vsota vseh teh (motilnih) vplivov se odraža v pomiku vleïnega jarma na trgal- nem stroju. Pomik vleïnega jarma pa je veliko veïji od realnega raztezka epruvete, ki ga je mogoïe dobiti s simulacijo oz. izmeriti na razbre- menjeni epruveti. PoveÏan prikaz prelomne površine na epruveti Na realni pretrgani epruveti (slika 8, slika 9) je v grobem opaziti dve bar- vni skali; temnejša predstavlja jeklo (magnetni del), svetlejša pa lot (ne- magnetni del). Levi del slik predstav- lja prelomno ploskev na lotu, na kate- ri pa opazimo ostanke jekla – temna površina. Analogno velja tudi za prelomno ploskev jekla. Omenjena ugotovitev je dokaz, da dejansko poïi jeklo in ne lot. Preizkušenih je bilo 28 epruvet, od katerih jih je bilo 22 normalne izde- lave, preostalih 6 pa je imelo vidne Slika 7. PoÏasna porušitev epruvete Slika 8. Krhki prelom – hipna porušitev epruvete Slika 9. Delno žilav prelom – poÏasna porušitev epruvete 448 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL tehnološke napake 3 pri izdelavi. Kot se je izkazalo kasneje, te niso od- stopale od povpreïja. Epruvete so prenesle vleïne sile v raztrosu med 30 – 45 kN, z dvema izjemama, ki ne sodita v omenjeni raztros. Povpreïje vleïnih sil znaša 39,67 kN, standard- ni odklon (deviacija) pa s = 5155N. 2.2 Ugotovitve in zakljuÏki: • vse epruvete so najprej poïile v predelu spoja. Vzrok gre iskati v vplivu togega (skoraj polnega prereza) magnetnega dela jedra na bolj deformabilen cevasto ob- likovan preostali del; • oblika (hrapavost) pretrgane cone epruvete (slika 6, slika 7): v veïini primerov gre za žilavi zlom, ki ima za posledico grobo površino. Za- ïetna površina je sicer gladka, kar kaže na hipno zaïetno razpoko. Žilavost (duktilnost) materiala pa je razlog, da je za popoln pretrg še potrebna doloïena sila, ki pa povzroïi pretrg v dveh ravninah. Fina površina (krhki lom) je pri vseh vleïnih hitrostih, kar izk- ljuïuje njen vpliv; • precejšen raztros sile, potrebne za pretrg epruvete (slika 10); vzrok gre iskati v tehnologiji izdelave lota oz. v (ne)sposobnosti ponov- ljivega postopka lotanja (lotni spoji s trdnostnega vidika niso identiïni). Na standardni odklon pretržne sile imajo vpliv tudi za- ostale napetosti, ki so posledica postopka lotanja. Zakljuïimo lahko, da je na vseh epru- vetah kritiïno mesto prav spoj med magnetnim in nemagnetnim de- lom. Spoj se izkaže za kritiïnega pri obremenitvi s konstantnim tlakom (poglavje 3) kot tudi pri trajnost- nem testu v podjetju. 3 NumeriÏni del Po opravljenem nateznem preizkusu epruvete so bile numeriïne simula- cije ponovno izvedene in ustrezno umerjene (kalibrirane) glede na rezul- tate nateznega preizkusa. Numeriïni del je bil izveden s programskim paketom ABAQUS, katerega ima za pedagoško-raziskovalne namene laboratorij LNMS na fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Prikazane napetosti se nanašajo na povpreïno dobljeno vleïno silo pri nateznem preizkusu (statistiïno pov- preïno dobljena vleïna sila po me- diani), kar nadalje pomeni, da bo 50 % epruvet vzdržalo omenjeno velikost sile→ 50-odstotna verjetnost preživetja. Glede na letno število izdelanih je- der bi bila še sprejemljiva verjetnost preživetja 99,9 %, kar bi poslediïno ob predpostavki Gaussove porazde- litve verjetnosti pomenilo nižjo do- pustno silo. 3.1 Materialne karakteristike Jedro elektromagneta vsebuje 2 tipa materialov: magnetni in nemagnetni. Prvi je avtomatno jeklo na osnovi ogljika, drugo pa lot na osnovi bakra. Osnovne karakteristike so predstavlje- ne v nadaljevanju. Avtomatno jeklo: magnetni del jedra Slika 10. Zrušilna sila epruvet 2 n = 28 2 n…vzorïno število 3 tehnološke napake, ki se odražajo v nepo- polni obliki bakrovega lota (geometrijska ne- popolnost oblike kolobarja), so nastale pri za- kljuïku postopka lotanja 1.0715 Simbol Enota Vrednosti Modul elastiïnosti E N/mm 2 205000 Natezna trdnost R m N/mm 2 460–710 Raztezek A % min. 8 Meja teïenja R p0.2 N/mm 2 min. 375 Poissonovo število μ / 0,3 Tabela 1. Prikaz materialnih karakteristik avtomatnega jekla 449 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL Lot na osnovi bakra: nemagnetni del jedra Vzmetno jeklo Vzmetno jeklo je bilo uporabljeno pri modeliranju in kasneje pri simu- laciji vskoïnika kot del jedra EM, ki prepreïuje aksialne pomike sornika (slika 29). 3.2 2D-simulacija nateznega preizkusa epruvete 3.2.1 Robni pogoji, obremenitve Da je mehanski problem (v mate- matiïnem smislu) dobro pogojen, je potrebno ustrezno doloïiti fizikal- ne razmere na robu sistema. Glede na konjugiranost primarne (pomik, zasuk) in sekundarne (sila, moment) spremenljivke na robu sistema po- meni, da poznavanje ene od njiju izkljuïuje poznavanje druge. Na problemu epruvete omenjeno pome- ni, da sta poznana pomik in zasuk tornih ïeljusti (prva primarna spre- menljivka je želena velikost pomika, prva sekundarna spremenljivka je nepoznana). Jedro elektromagneta je zaradi pri- vzetja popolne osne simetriïnosti v radialni smeri podprto samo po sebi (rezultanta sil je enaka 0). V aksialni smeri je podprto preko kontakta in koniïne ïeljusti (α = 15°), vleïno ïeljust pa pomikamo za izbrano vrednost. Prostostne stopnje spodnje ïeljusti (zelena barva, slika 11)s o bile transformirane v lokalni koordi- natni sistem x L , y L . Epruveta izkazuje le geometrijsko osno simetrijo, ne pa tudi osne si- metrije glede obremenitev (to je bilo potrebno zanemariti pri 2D-analizi). Prav omenjeni razlog je tudi glavni vzrok za delno odstopanje med rezultati 2D- in 3D-numeriïne ana- lize epruvete. 3.2.2 Rezultati 2D-numeriÏne simulacije • Misesove primerjalne napetosti: V homogenem in izotropnem mate- rialu se priïne plastiïna deformacija, ko napetost preseže napetost teïenja. Pri enoosnem napetostnem stanju je ta napetost imenovana σ 0 in je neposredna funkcija vleïne sile. Pri triosnem napetostnem stanju pa mo- ramo σ 0 izraïunati tako, da izraïu- namo primerjalno napetost. Kadar ta preseže napetost teïenja, se priïne material preoblikovati. Tabela 2. Prikaz materialnih karakteristik lota 2.1461 Simbol Enota Vrednosti Modul elastiïnosti E N/mm 2 125000 Natezna trdnost R m N/mm 2 370 Raztezek A %4 4 Meja teïenja R p0.2 N/mm 2 130 Poissonovo število μ / 0,358 Tabela 3. Prikaz materialnih karakteristik vzmetnega jekla 1.5022 Simbol Enota Vrednosti Modul elastiïnosti E N/mm 2 210000 Natezna trdnost R m N/mm 2 1200–1400 Raztezek A %6 Meja teïenja R p0.2 N/mm 2 1050 Poissonovo število μ / 0,3 Slika 11. Obremenitev epruvete preko mehanizma 450 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL Misesov pogoj teïenja: (1) V primeru osne simetrije je Kot je pokazal natezni preizkus, je kritiïno mesto lotni spoj. Prav vse epruvete so kolapsirale na omenje- nem spoju. Zato velja pri analizi- ranju numeriïnega modela posvetiti posebno pozornost prav podroïju lotnega spoja. • Misesova primerjalna napetost magnetnega in nemagnetnega dela jedra: Maksimalne napetosti (slika 13)sena magnetnem delu pojavijo na levem delu lotnega spoja, torej na mestu, kjer epruveta tudi dejansko poïi. îeprav ima nemagnetni del epruvete (slika 14) slabše materialne lastnosti od magnetnega dela, odpove prav ta, ker ne dopušïa tolikšnih raztezkov ali kontrakcij, kot jih je zmožen nemagnetni del (razliïna modula ela- stiïnosti). Plastifikacija je lokalna, saj napetosti z oddaljevanjem od lotnega spoja padejo na nižje vrednosti. • Napetosti v aksialni smeri S22 Mesto maksimalne pozitivne aksial- ne napetosti se nahaja na podroïju lotnega spoja (slika 15). Aksialna na- petost tako najveï prispeva k skupni primerjalni napetosti, ki pa je do- kaj blizu porušni trdnosti magnet- nega dela. Iz rezultatov nateznega preizkusa je bilo opaziti, da pri to- likšnih napetostih odpove že 50 % vzorca epruvet. Da bi preživelo 99,9 % epruvet, je potrebno obremenitev še znatno znižati. Aksialna komponenta napetosti (slika 16) tudi pri nemagnetnem delu najveï prispeva k Misesovi primer-jalni na- petosti. Zaradi tako velike aksialne napetosti poslediïno nastanejo razpo- ke, ki se širijo pravokotno na potek napetosti. V obravnavanem primeru je to v ravnini 1–3. • Napetosti v obodni smeri S33 Tlaïne obodne napetosti (slika 17) naïeloma ne predstavljajo nevarnosti za porušitev sistema, bolj kritiïne so natezne obodne napetosti. Slednje so lahko vzrok nastanka in kasneje širjenja razpok, ki se raztezajo v ak- sialni smeri. V danem primeru se na zunanji steni jedra pojavijo pozitiv- ne vrednosti obodne napetosti, ki imajo veïji vpliv na skupno primerjal- no napetost kot strižna komponenta napetostnega tenzorja. Slika 12. Ekvivalentne napetosti na celotnem jedru Slika 13. Ekvivalentna napetost magnetnega dela jedra Slika 14. Misesova primerjalna napetost za lotni del Slika 15. Aksialne napetosti magnetnega dela Slika 16. Aksialne napetosti nemagnetnega dela 451 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL • Pomiki Pomiki vozlišï so (poleg zasukov) primarna in tudi fundamentalna spremenljivka napetostno-deforma- cijske analize po metodi konïnih elementov. Preko vozlišïnih vred- nosti primarne spremenljivke so potem preraïunane tudi preostale oz. sekundarne veliïine (sile, momenti, napetosti, …). Na zgornji sliki (slika 19) je kotiran celotni raztezek epruvete po raz- bremenitvi. Neobremenjena in ne- deformirana epruveta ima dolžino 78,0 mm, po obremenitvi in nato razbremenitvi znaša njena spremem- ba dolžine 0,33 mm. Nemagnetni del jedra • Pomiki v aksialni smeri U2: Slika 20 prikazuje po razbremenitvi trajno deformiran del nemagnetnega dela jedra. Velikost trajnega pomika je prikazana v legendi. Deformacija je precej blizu realnemu raztezku nemagnetnega dela in od povpreïja odstopa za manj kot 7 %. Na sliki zgoraj (slika 20) je viden tudi zožitek v radialni smeri, ki ga je moï opaziti tudi na realni epruveti, vendar je tam nekoliko manjši. 3.3 3D-simulacija nateznega preizkusa Analogno 2D-simulaciji je bila tudi 3D-simulacija izvedena po opravlje- nem nateznem preizkusu in ustrezno umerjena glede na rezultate natez- nega preizkusa. V danem primeru epruveta izkazuje popolno simetrijo 1/4 celote (tako geometrije kot obre- menitve), zato je zaradi realnejšega popisa priïakovati boljši numeriïni približek dejanskemu stanju. 3.3.1 Rezultati 3D-numeriÏne simulacije S primerjanjem rezultatov 2D- in 3D-numeriïne simulacije najprej opazimo nekoliko nižje primerjalne napetosti na 3D-modelu (slika 22, slika 23). Spoj na magnetnem delu se analogno 2D-analizi izkaže za kritiïnega in predstavlja možnost nastajanja razpok. • Misesove primerjalne napetosti: Koncentracija napetosti (slika 21 – desni rob) je posledica motilnega Slika 17. Obodne napetosti magnetnega dela Slika 18. Obodne napetosti nemagnetnega dela Slika 19. Izmera epruvete v razbremenjenem stanju Slika 20. Velikost aksialnih pomikov nemagnetnega dela jedra Slika 21. Primerjalna napetost za celotno jedro vpliva torne ïeljusti trgalnega stroja, ki je bila uporabljena pri simulaciji nateznega preizkusa; koncentracija 452 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL napetosti zaradi oddaljenosti ne vpli- va na interesno obmoïje (lotni spoj). Primerjalne napetosti po Misesu v po- droïju lotnega spoja presežejo mejo plastiïnega teïenja (σ pl = 130MPa, slika 23). Teïenje se priïne v zao- krožitvi lotnega dela. Vzorci epruvet so bili nakljuïno vzeti iz proizvodne linije. Zaskrbljujoï je precejšen raztros rezultatov natezne- ga preizkusa. To kaže predvsem na nehomogenost varilne žice (ki se lota na magnetni del) in vpliv ïloveškega faktorja. • Misesove primerjalne napetosti magnetnega in nemagnetnega dela jedra: Aksialna napetost (S22, slika 24) magnetnega dela epruvete izmed preostalih komponent (S11, S33) na- petostnega tenzorja najbolj prispeva k Misesovi primerjalni napetosti. Pra- vokotno na smer delovanja aksialne napetosti se priïne/nadaljuje rast razpok. Slednje so kritiïne predvsem pri dinamiïnem obnašanju izdelka, ïemur je jedro elektromagneta tudi izpostavljeno. Pri širjenju razpoke sodelujejo tudi strižne napetosti, ki v danem primeru niso zanemarljive. • Napetosti v aksialni smeri S22 (slika 25) • Pomiki S slike (slika 26) je razviden plas- tiïni del celotnega raztezka po razbremenitvi. Neobremenjena in nedeformirana epruveta je dolga 78,0 mm, po obremenitvi/razbre- menitvi pa znaša njena dolžina 78,33 mm. Analogno 2D-simulaciji je tudi v tem primeru dana velikost pomika povsem v skladu s povpreïno dejansko izmerjeno na epruvetah. Nemagnetni del jedra Glavnina prirastka dolžine epruve- te je zaradi raztezanja mehkejšega izmed dveh materialov, tj. bakra v lotnem spoju. Dana velikost pomika je v skladu s povpreïno dejansko izmerjeno na epruvetah. • Pomiki v globalni smeri U2: Slika 22. Misesova primerjalna napetost magnetnega dela jedra Slika 23. Misesova primerjalna napetost za lotni del Slika 24. Aksialna napetost magnetnega dela Slika 25. Aksialna napetost lotnega dela Slika 26. Pomiki razbremenjene deformirane epruvete 453 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL Slika 27 prikazuje kotiran razbre- menjeni in deformirani del nema- gnetnega dela jedra. Velikost nepo- vraïljivega (trajnega) pomika znaša 0,26 mm glede na zaïetno nedefor- mirano dolžino. Na sliki je viden tudi zožitek v radialni smeri, analogno 2D-simulaciji. 3.4 2D-simulacija jedra elektromagneta MR-045 Z nateznim preizkusom epruvet (ek- sperimentalno, numeriïno) so bile dobljene karakteristike lotnega spo- ja. Poslediïno je nato mogoïe izvesti numeriïno simulacijo jedra EM pod vplivom tlaka fluida, upoštevajoï dobljene razmere v spoju. Namen omenjene simulacije je: • ugotovitev napetostno-deforma- cijskega stanja v jedru za 99,9- odstotno verjetnost preživetja pri statiïnem tlaku 250 barov, • napoved obnašanja jedra pri povi- šanju tlaka na 300 barov pri 99,9- odstotni verjetnosti preživetja. Rumeni del (slika 28) prikazuje po- droïje tlaïne obremenitve jedra EM. Aksialna sila F nastane zaradi gene- rirane elektromagnetne sile v tuljavi in morebitnih drugih vplivov okolja (nenadni pospeški stroja, na katerem je pritrjeno jedro, idr.). EM sila po III. Newtonovem zakonu deluje poleg kotve tudi na tuljavo oz. njen okrov, ta pa je na droïnik pritrjena preko zvonaste matice (slika 4). 3.4.1 Rezultati numeriÏne simu- lacije jedra EM Napetostno-deformacijska analiza zajema vpliv tlaka hidravliïnega flui- da ob povišani temperaturi materiala. Navitje EM se namreï ob normal- nem delovanju segreje do približno 100 °C, kar povzroïi prestop toplote na okolico (jedro) ter s tem spremem- bo deformacijskega in napetostnega stanja (ta fizikalni pojav ni bil simu- liran). Misesova primerjalna napetost nikjer ne preseže meje plastiïnega teïenja. Jedro EM tako obratuje zgolj v elastiïnem obmoïju. Pri ve- likem številu obremenitev prihaja do utrujanja in poslediïno do utru- jenostnega loma, kar pa v prispevku ni obravnavano. • Misesova primerjalna napetost jedra EM: Izkaže se, da statiïni tlak kljub mo- dificiranim karakteristikam spoja ni kritiïen za funkcionalnost jedra. Še veï: predpisani tlak 25 MPa je bil povišan na 30 MPa (300 barov), ven- dar tudi pri tem na podroïju spoja ni bilo opaziti prekoraïitve meje elastiïnosti. Plastifikacija se ne priïne niti na utoru za vskoïnik, kjer sicer prihaja do maksimalnih primerjalnih napetosti (slika 29). Tlak je bil poizkusno poveïevan do zaïetka prve plastifikacije. Ta se je priïela na podroïju utora za vskoï- nik. Lotni spoj je še vedno v elastiï- nem podroïju, vendar zelo blizu meje plastiïnega teïenja. Nume- riïna simulacija pod tlakom fluida je bila preverjena tudi s preizkusom Slika 27. Velikost aksialnih pomikov nemagnetnega dela Slika 28. PodroÏje obremenitve jedra (tlak + aksialna sila) Slika 29. Primerjalna napetost na jedru EM (osnosimetriÏni model) 454 Ventil 14 /2008/ 5 na dejanskem jedru. Statiïni tlak tudi pri veïkratni prekoraïitvi predpisane- ga ni kritiïen za porušitev (lotnega spoja). Šele pri statiïnem tlaku med 1300 in 1700 barov se priïne degra- dacija lotnega spoja, kar se opazi kot pušïanje medija (olja) – kot las tanka razpoka, ki predstavlja zaïetek degradacije. HIDRAVLIČNI VENTIL Maksimalni dobljeni statiïni tlak hidravliïnega fluida, pri katerem bi preživelo 99,9 % epruvet, znaša 836 barov. 4 ZakljuÏek Natezni preizkus epruvet pokaže kritiïno mesto za porušitev. To je na spoju magnetnega in nemagnetnega dela jedra. Kljub boljšim material- nim parametrom je jeklo “najšibkejši” ïlen, kar je posledica manjše duk- tilnosti oz. veïje togosti v primerja- vi z lotom. Izkaže se tudi, da spre- minjanje hitrosti obremenjevanja (pomika jarma) nima bistvenega vpliva na velikost sile pri pretrgu. Iz oblike pretrganega spoja in velikosti sile, potrebne za pretrg, pa je moï sklepati na (ne)toïnost izdelave lot- nega spoja. Iz numeriïne simulacije nateznega preizkusa je mogoïe napraviti neka- tere pomembne zakljuïke. Povpreï- na sila za pretrg epruvete je povsem v skladu z numeriïno dobljeno, me- dtem ko so z ustrezno interpretacijo numeriïno dobljenih pomikov epru- vete tudi slednji ekvivalentni realno izmerjenim. Maksimalno odstopanje je znotraj 7 %. Simulacija jedra EM pod vplivom tlaka hidravliïne tekoïine je bila izvedena na osnovi karakterizacije lotnega spoja. Izkaže se, da trenutni obratovalni tlak (250 barov [1]), ob predpostavki statiïnega obremenje- vanja, ni kritiïen za nosilnost spoja kot tudi ne za jedro samo. Enaka napoved velja pri poveïanju statiï- nega tlaka do raïunsko maksimalnih 836 barov. Za napovedovanje obnašanja jedra pod vplivom dinamiïnega (utrip- nega) obremenjevanja je potrebno poznavanje Wőhlerjeve krivulje za vse uporabljene materiale in izbrano obremenitev. Umerjeni numeriïni model se upo- rablja na vseh izdelkih podjetja Kladivar, katerih sestavni del je elek- tromagnet. Literatura [1] Elektronski katalog izdelkov podjetja Kladivar, d. d., www. kladivar.com. [2] Kladivar Žiri, d. d., slikovna dokumentacija produktov, Žiri 2007. [3] Anže îelik, Analiza mehans- kega odziva ohišja jedra elek- tromagneta, diplomsko delo, Ljubljana 2008. [4] Elektronska navodila za uporabo programskega paketa ABAQUS [5] Getting started, Navodila za uporabo programskega paketa ABAQUS Analysis of the mechanical response of an electromagnet core housing Abstract: This degree paper discusses the analyses of the mechanical states of an electromagnet that is used for steering a hydraulic valve piston. For the example of a Kladivar electromagnet the strength analyses of a brazed joint and core were performed. A numerical model was made for the analysis method according to the finite- element method. The mechanical parameters of the brazed joint were calibrated according to the results of the performed straining test of the core. The mechanical analysis of the electromagnet on the basis of the calibrated model was made for the case of normal operation, anticipated by the project. Keywords: mechanical analysis, electromagnet, finite-element method, core, armature, tension test, 455 Ventil 14 /2008/ 5 HIDRAVLIČNI VENTIL nadaljevanje s strani 437 Hybridantriebe für Mobile Arbeitsmaschinen (Hibridni pogoni mobilnih strojev) 18. 02. 2009 Karlsruhe, ZRN Organizatorja: – Universität Karlsruhe (TH) – Institut für Fahrzeugtechnik und mobile Arbeitsmaschinen – VDMA Tematika: – Elektriïni ali hidrostatiïni pogoni – Možnosti in potenciali povratnega pridobivanja energije – Možnosti akumuliranja energije – Vplivi zakonodajnih predpisov o izpušnih plinih na hibridne pogone Informacije: – naslov: Universität Karlsruhe (TH), Gotthard-Franz- Straβe 8, 76131 Karlsruhe, BRD – e-pošta: hybridtagung@ima.uni-karlsruhe – internet: www.mobima.uni-karlsruhe.de/hybridtagung. php nadaljevanje na strani 463 Uporabljeni simboli EM elektromagnet σ ij komponenta napetostnega tenzorja [MPa] 2D dvodimenzionalni (prostor) 3D tridimenzionalni (prostor)