Yπολογιστική και πειραματική μελέτη ακτινικών εδράνων ολίσθησης

Κοντάρας, Γεώργιος-Νεκτάριος; Kontaras, Georgios-Nektarios

dc.contributor.author	Κοντάρας, Γεώργιος-Νεκτάριος	el
dc.contributor.author	Kontaras, Georgios-Nektarios	en
dc.date.accessioned	2016-07-04T09:24:27Z
dc.date.available	2016-07-04T09:24:27Z
dc.date.issued	2016-07-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42958
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12276
dc.rights	Default License
dc.subject	Τριβολογία	el
dc.subject	Υδροδυναμική λίπανση	el
dc.subject	Έδρανα ολίσθησης	el
dc.subject	Τεχνητή επιφανειακή τραχύτητα	el
dc.subject	Υδροφοβικότητα	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Πείραμα	el
dc.subject	Tribology	en
dc.subject	Hydrodyamic lubrication	en
dc.subject	Journal bearings	en
dc.subject	Artificial surface texturing	en
dc.subject	Hydrophobicity	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Experiment	en
dc.title	Yπολογιστική και πειραματική μελέτη ακτινικών εδράνων ολίσθησης	el
dc.title	Computational and experimental study of journal bearings	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ναυτική μηχανολογία	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3d257f31491bff09371cddeac5c6626dc154db39
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-03
heal.abstract	Η τριβή είναι μία από τις πιο σημαντικές αιτίες απώλειας ενέργειας και φθοράς μεταξύ επιφανειών που βρίσκονται σε σχετική κίνηση, και οδηγεί σε αλλοίωση της μηχανικής απόδοσης και, τελικά, σε αστοχία των αλληλεπιδρούντων τεμαχίων. Η μικρο/νανο τριβολογία αποτελεί ένα σχετικά νέο πεδίο επιστήμης, που ασχολείται με την επίδραση των μικρο/νανο τροποποιήσεων της επιφάνειας στην απόδοση των τριβολογικών επαφών. Τα ακτινικά έδρανα ολίσθησης είναι μηχανολογικά τεμάχια που χρησιμοποιούνται για την παραλαβή των ακτινικών φορτίων που καταπονούν περιστρεφόμενους άξονες. Κατά τη λειτουργία, ένα λεπτό φιλμ λιπαντικού δημιουργείται μεταξύ του άξονα και του εδράνου, ελαχιστοποιώντας την τριβή ολίσθησης και αποτρέποντας την επαφή μετάλλου με μετάλλο. Η απόδοση των ακτινικών εδράνων ολίσθησης, που συνήθως ποσοτικοποιείται μέσω του ελάχιστου πάχους του λιπαντικού και του συντελεστή τριβής, αλλάζει αισθητά σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (ακτινικό φορτίο, περιστροφική ταχύτητα άξονα, ιξώδες λιπαντικού). Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται μια υπολογιστική μελέτη της υδροδυναμικής λίπανσης σε ακτινικά έδρανα ολίσθησης, τα οποία φέρουν διαφορετικούς τύπους επιφανειακής κατεργασίας σε μέρος της επιφάνειας τους. Τα χαρακτηριστικά του ακτινικού εδράνου υπολογίζονται με επίλυση της εξίσωσης Reynolds, χρησιμοποιώντας έναν επιλύτη πεπερασμένων διαφορών που έχει αναπτυχθεί εντός του ΕΜΠ. Πέντε διαφορετικοί τύποι ακτινικών εδράνων συγκρίνονται με βάση την απόδοση τους υπό διαφορετικούς συνδυασμούς ακτινικού φορτίου και περιστροφικής ταχύτητας: (α) έδρανο με μία ενιαία ρηχή κοιλότητα στην περιοχή ανάπτυξης υδροδυναμικής πίεσης, (β) έδρανο με ρηχές περιφερειακές εγκοπές, (γ) έδρανο με ρηχές αξονικές εγκοπές, (δ) έδρανο με ορθογωνική επιφανειακή τραχύτητα, και (ε) έδρανο με υδροφοβικότητα. Προκειμένου να ευρεθεί η πιο αποτελεσματική σχεδίαση για κάθε τύπο εδράνου, ακολουθείται μια προσέγγιση πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης, που βασίζεται σε γενετικό αλγόριθμο. Στόχο της βελτιστοποίησης αποτελεί η εύρεση των κύριων σχεδιαστικών παραμέτρων του ακτινικού εδράνου (βάθος εγκοπής, αξονικά/περιφερειακά όρια εγκοπών, μήκος ολίσθησης, αξονικά/περιφερειακά όρια υδροφοβικότητας), οι οποίες ελαχιστοποιούν τον συντελεστή τριβής και μεγιστοποιούν το πάχος του λιπαντικού ελαίου. Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής διαδικασίας επαληθεύτηκαν πειραματικά σε διάταξη πειραματικών δοκιμών για ακτινικά έδρανα, που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Η πειραματική διάταξη, που χαρακτηρίζεται από ρότορα (άξονα) διαμέτρου 30 mm, έχει σχεδιαστεί για να συνδέεται με το υπάρχον τριβόμετρο Bruker UMT-3SYS και είναι σε θέση να μετράει με ακρίβεια, το επιβαλλόμενο φορτίο στο ακτινικό έδρανο, τη ροπή τριβής, τη θέση ισορροπίας του άξονα (εκκεντρότητα, γωνία συμπεριφοράς), όπως επίσης και την αναπτυσσόμενη πίεση και θερμοκρασία σε αρκετές θέσεις του ακτινικού εδράνου, κάτω από σταθερές και μεταβλητές στο χρόνο καταστάσεις φορτίου.	el
heal.abstract	Friction is one of the most important causes of energy loss and wear between interacting surfaces in relative motion, leading to deterioration of mechanical performance and, eventually, to failure of the interacting components. Micro/Nano tribology constitutes a fairly new field of science, concerned with the effects of micro/nano surface modifications on the performance of tribological contacts. Journal bearings are mechanical components used to support the radial loads of rotating shafts. During operation, a thin lubricant film is maintained between the shaft and the bearing, minimizing sliding friction and aiding in preventing metal-to-metal contact. Performance of journal bearings, commonly quantified in terms of minimum lubricant thickness and friction coefficient, changes substantially at different operating conditions (radial load, shaft rotational speed, lubricant viscosity). In the present study, a computational investigation of hydrodynamic lubrication in journal bearings exhibiting different types of surface treatment at part of the bearing surface is presented. Here, bearing performance is computed by solution of the Reynolds equation, utilizing an in-house finite difference solver. Five different types of journal bearings are cross-evaluated for operation at different combinations of radial load and rotational speed: (a) a pocket bearing, (b) a bearing with circumferential grooves, (c) a bearing with axial grooves, (d) a bearing with rectangular texturing, and (e) a hydrophobic bearing. To identify the most efficient designs for each bearing type, a multi-objective optimization approach is followed, based on genetic algorithms. The optimization goal is to identify the main bearing design parameters (texture depth, axial/circumferential texture extents, slip length, axial/circumferential hydrophobic extents) which simultaneously minimize friction coefficient and maximize minimum lubricant thickness. The outcome of the numerical process is verified experimentally in a journal bearing test rig, designed and constructed in the framework of the present diploma thesis. The test rig, characterized by a rotor diameter of 30 mm, is designed to fit in an existing Bruker UMT-3SYS tribometer, and is capable of accurately measuring bearing load, friction torque, shaft equilibrium position (eccentricity, attitude angle), as well as pressure and temperature at several bearing locations, under both steady-state and transient bearing load conditions.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος Ι.	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Χρήστος Ι.	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας. Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	108 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true