Μοντελοποίηση ρυθμού φθοράς κα βελτιστοποίηση σχεδιασμού ωστικών εδράνων με υδροφοβικές ιδιότητες

Abstract

Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται υπολογιστική μελέτη βελτιστοποίησης των χαρακτηριστικών λειτουργίας ωστικών εδράνων (ικανότητας παραλαβής φορτίου / ρυθμού φθοράς), για έδρανα στα οποία τμήμα της επιφάνειας του πέλματος έχει υδροφοβικές ιδιότητες. Ως αίτιο για τη φθορά των εδράνων λαμβάνεται η πίεση που αναπτύσσεται κατά τη λειτουργία, λόγω του φαινομένου της υδροδυναμικής λίπανσης. Η προσομοίωση του εδράνου γίνεται μέσα από τη θεώρηση ενός δισδιάστατου υπολογιστικού μοντέλου, και τη χρήση μεθόδων Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής (CFD). H βελτιστοποίηση πραγματοποιείται με σύζευξη του κώδικα CFD με λογισμικό βελτιστοποίησης βασισμένο σε γενετικούς αλγορίθμους. Συγκεκριμένα, διατυπώνεται ένα πολυκριτηριακό πρόβλημα βελτιστοποίησης της γεωμετρίας του εδράνου με αντικειμενικές συναρτήσεις τη μεγιστοποίηση της ικανότητας παραλαβής φορτίου και την ελαχιστοποίηση του μέγιστου ρυθμού φθοράς στην επιφάνεια του πέλματος του εδράνου. Στη συνέχεια, προσδιορίζεται και αναλύεται το τελικό σύνολο των κατά Pareto βέλτιστων λύσεων.

In the present work, a computational optimization study of the operational characteristics (load capacity/wear rate) of thrust bearings is presented, for bearings which have hydrophobic properties on part of their pads’ surface. The hydrodynamic oil pressure developed during operation is considered as the main reason of bearing wear. Bearing simulation is realized through consideration of a two-dimensional computational model, and the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) methods. Optimization is carried out by coupling the CFD code with optimization tools based on genetic algorithms. Specifically, a multiobjective optimization problem is expressed, with the maximization of load capacity and the minimization of maximum wear rate of the pad surfaces being the objective functions. A final set of Pareto-optimal solutions is identified and analyzed.