সিএএ (CAE) ডিজেল ইঞ্জিনের ক্র্যাঙ্কশ্যাফটের ক্লান্তি জীবনকে অপটিমাইজ করে

একটি ভারী-শুল্কের ট্রাক রুক্ষ পার্বত্য অঞ্চলে চলাচল করছে, এর ইঞ্জিন শক্তিতে গর্জন করছে। এই আপাতদৃষ্টিতে সাধারণ দৃশ্যের পিছনে একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান রয়েছে যা অকল্পনীয় চাপ সহ্য করছে—ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট। ইঞ্জিনের মূল উপাদানগুলির মধ্যে একটি হিসাবে, ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টের নির্ভরযোগ্যতা সরাসরি সামগ্রিক মেশিনের কর্মক্ষমতা এবং দীর্ঘায়ুর উপর প্রভাব ফেলে। তবে কীভাবে প্রকৌশলী চরম পরিস্থিতিতে স্থিতিশীল অপারেশন নিশ্চিত করতে পারেন এবং বিপর্যয়কর ক্লান্তি ব্যর্থতা রোধ করতে পারেন?

অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনগুলিতে, ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টগুলি পিস্টনের পারস্পরিক গতিকে ঘূর্ণন শক্তিতে রূপান্তর করার গুরুত্বপূর্ণ কাজটি করে যা যানবাহন এবং সরঞ্জামগুলিকে শক্তি দেয়। সিলিন্ডার হেড, সংযোগকারী রড, ক্যামশ্যাফ্ট এবং ইঞ্জিন ব্লকের সাথে একত্রে কাজ করে, ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টগুলি তাদের পরিষেবা জীবনে জটিল, পুনরাবৃত্তিমূলক গতিশীল লোড সহ্য করে।

এই লোডগুলির মধ্যে রয়েছে সিলিন্ডার দহন চাপ থেকে উৎপন্ন শক্তি এবং অসম ভর বিতরণের কারণে জড়তা শক্তি। ক্র্যাঙ্কপিন ফিলিট এবং তেল ছিদ্রের মতো কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলি স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন জোন তৈরি করে—সম্ভাব্য ক্লান্তি ব্যর্থতার প্রধান স্থান। ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টগুলিতে সবচেয়ে সাধারণ ব্যর্থতার মোড হিসাবে, ক্লান্তি ফ্র্যাকচারগুলি গুরুতর ইঞ্জিন ক্ষতি এবং সম্ভবত বিপজ্জনক দুর্ঘটনার কারণ হতে পারে, যা নির্ভরযোগ্যতা যাচাইকরণকে অপরিহার্য করে তোলে।

আধুনিক নকশার চ্যালেঞ্জগুলি—উচ্চ পেলোড ক্ষমতা, হালকা ওজন, উন্নত দক্ষতা এবং সংক্ষিপ্ত লোড চক্রের চাহিদা সহ—ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের উপর চাপ বাড়িয়েছে। অভিজ্ঞতা এবং শারীরিক পরীক্ষার উপর নির্ভর করে ঐতিহ্যবাহী নকশা পদ্ধতিগুলি সময়সাপেক্ষ এবং ব্যয়বহুল উভয়ই প্রমাণ করে। কম্পিউটার-এডেড ইঞ্জিনিয়ারিং (সিএএই) বিশ্লেষণ এখন প্রাথমিক নকশা পর্যায়ে কর্মক্ষমতা পূর্বাভাস এবং অপ্টিমাইজেশন সক্ষম করে, নির্ভরযোগ্যতা বাড়ানোর সাথে সাথে উন্নয়নের সময়সীমা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।

এই গবেষণাটি ধারণাগত নকশা থেকে চূড়ান্ত বৈধতা পর্যন্ত, চারটি-সিলিন্ডার ডিজেল ইঞ্জিন ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টের জন্য একটি ব্যাপক সিএএই-ভিত্তিক উন্নয়ন পদ্ধতি উপস্থাপন করে। পদ্ধতিতে এই মূল বিশ্লেষণাত্মক পর্যায়গুলি অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে:

• মুক্ত কম্পন বিশ্লেষণ:মডেল প্যারামিটারগুলি সামঞ্জস্য করতে এবং অনুরণন অবস্থাগুলি প্রতিরোধ করতে প্রাকৃতিক ফ্রিকোয়েন্সি এবং মোড আকার নির্ধারণ করে যা কম্পন বাড়িয়ে তুলতে পারে এবং ক্লান্তি বাড়িয়ে তুলতে পারে।
• নমন/টর্শনাল কঠোরতা বিশ্লেষণ:বিকৃতির প্রতিরোধ ক্ষমতা মূল্যায়নের জন্য প্রতিটি ক্র্যাঙ্ক থ্রো পরীক্ষা করে, যেহেতু অপর্যাপ্ত কঠোরতা ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা এবং জীবনকালকে ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে।
• স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন ফ্যাক্টর (এসসিএফ) গণনা:সম্ভাব্য ক্লান্তি ব্যর্থতা সাধারণত যেখানে শুরু হয়, সেই গুরুত্বপূর্ণ ফিলিট অঞ্চলে স্থানীয়কৃত স্ট্রেস পিক সনাক্ত করে।
• ট্রানজিয়েন্ট ডাইনামিক্স বিশ্লেষণ:অপারেশনাল অবস্থার অধীনে সম্পূর্ণ ক্র্যাঙ্কট্রেন সিস্টেমের আচরণ (ফ্লাইহুইল এবং পুলি সহ) অনুকরণ করে স্ট্রেস বিতরণ প্যাটার্নগুলি ম্যাপ করতে।
• ক্লান্তি লাইফ অ্যাসেসমেন্ট:বিশেষ সফটওয়্যার (যেমন, FEMFAT) এর মাধ্যমে পরিষেবা জীবনকালের পূর্বাভাস দিতে ট্রানজিয়েন্ট বিশ্লেষণ থেকে স্ট্রেস ফলাফল ব্যবহার করে, নকশা এবং রক্ষণাবেক্ষণ কৌশল সম্পর্কে অবহিত করে।

৩.১ লোড অ্যাপ্লিকেশন এবং বাউন্ডারি কন্ডিশন

সঠিক লোড সিমুলেশন নির্ভুল সিএএই বিশ্লেষণের ভিত্তি তৈরি করে। গবেষকরা ফায়ারিং সিকোয়েন্স অনুযায়ী সিলিন্ডার-নির্দিষ্ট শক্তি প্রয়োগ করেন, সমস্ত দহন ইভেন্ট কভার করার জন্য দুটি সম্পূর্ণ ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট ঘূর্ণন মডেলিং করেন। চাপ-ক্র্যাঙ্ক অ্যাঙ্গেল (P-θ) ডায়াগ্রাম থেকে প্রাপ্ত, গতিশীল লোডগুলি সংশ্লিষ্ট স্থানে কৌণিক/সময়-নির্ভর ফাংশন হিসাবে প্রয়োগ করা হয়। ঘূর্ণন চক্র বিস্তারিত রেজোলিউশনের জন্য ৩৬০টি বৃদ্ধিতে বিভক্ত।

বাউন্ডারি কন্ডিশনগুলি প্রকৃত ইনস্টলেশন সীমাবদ্ধতাগুলিকে প্রতিলিপি করে—প্রধান বিয়ারিং জার্নালগুলি ইঞ্জিন ব্লক সংযোগগুলি অনুকরণ করতে নির্দিষ্ট বা বিয়ারিং-টাইপ সমর্থন পায়। অতিরিক্ত বিবেচনাগুলির মধ্যে রয়েছে লুব্রিকেটিং তেল ফিল্মের প্রভাব, যা ঘর্ষণ কমায় এবং কম্পন বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে।

৩.২ মুক্ত কম্পন বিশ্লেষণ

এই পর্যায়টি বাহ্যিক উত্তেজনা ছাড়াই প্রাকৃতিক কম্পন ফ্রিকোয়েন্সি এবং সংশ্লিষ্ট মোড আকার সনাক্ত করে। ফাইনাইট এলিমেন্ট পদ্ধতি ব্যবহার করে, বিশ্লেষকরা গতির সমীকরণগুলি সমাধান করার জন্য ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টকে গণনা উপাদানগুলিতে বিভক্ত করেন। ফলাফলগুলি কাঠামোগত সমন্বয়কে গাইড করে—কঠোরতা বা ভর বিতরণ পরিবর্তন করে—প্রাকৃতিক ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে কার্যকরী উত্তেজনার পরিসর থেকে দূরে সরিয়ে এবং অনুরণন এড়িয়ে।

৩.৩ নমন এবং টর্শনাল কঠোরতা মূল্যায়ন

বিকৃতির প্রতিরোধের গুরুত্বপূর্ণ সূচক হিসাবে, নমন এবং টর্শনাল কঠোরতা মানগুলি মুহূর্ত বা টর্ক লোড প্রয়োগ করে ফাইনাইট এলিমেন্ট সিমুলেশনের মাধ্যমে গণনা করা হয়। অপর্যাপ্ত কঠোরতা থেকে অতিরিক্ত বিকৃতি সিলিন্ডার সিলিং (নমন) এর সাথে আপস করতে পারে বা পাওয়ার আউটপুট কমাতে পারে (টর্শন)। ফলাফলগুলি অনমনীয়তা বাড়ানোর জন্য মাত্রিক বা উপাদান অপ্টিমাইজেশন সম্পর্কে জানায়।

৩.৪ স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন ফ্যাক্টর নির্ধারণ

জ্যামিতিক বিচ্ছিন্নতা যেমন ফিলিট ট্রানজিশন এবং তেল ছিদ্র স্থানীয়কৃত স্ট্রেস তীব্রতা তৈরি করে—ক্লান্তি ব্যর্থতার প্রাথমিক চালিকাশক্তি। এসসিএফ মান (পিক থেকে নামমাত্র স্ট্রেসের অনুপাত) পরিমার্জিত ফাইনাইট এলিমেন্ট মেশিং এবং স্ট্রেস ফিল্ড গণনা থেকে উদ্ভূত হয়। ফলাফলগুলি স্ট্রেস ঘনত্ব কমাতে প্রসারিত ফিলিট ব্যাসার্ধ বা অপ্টিমাইজড ট্রানজিশন প্রোফাইলের মতো জ্যামিতিক উন্নতিগুলিকে গাইড করে।

৩.৫ ট্রানজিয়েন্ট ডাইনামিক সিমুলেশন

এই উন্নত বিশ্লেষণ জড়তা, ড্যাম্পিং এবং ননলাইনার প্রভাব সহ সময়-নির্ভর সিস্টেমের আচরণ ক্যাপচার করে। সম্পূর্ণ ক্র্যাঙ্কট্রেন মডেলগুলিতে সংযোগকারী রড, পিস্টন, ফ্লাইহুইল এবং পুলি অন্তর্ভুক্ত থাকে। বাস্তব-বিশ্বের পরিস্থিতি—স্টার্টআপ, ত্বরণ, হ্রাস—সিমুলেট করে, বিশ্লেষণ ক্লান্তি মূল্যায়নের জন্য স্থানচ্যুতি, বেগ, ত্বরণ এবং স্ট্রেস হিস্টরি তৈরি করে।

৩.৬ ক্লান্তি লাইফ পূর্বাভাস

ইনপুট হিসাবে ট্রানজিয়েন্ট স্ট্রেস হিস্টরি ব্যবহার করে, ক্লান্তি বিশ্লেষণ সফ্টওয়্যার চক্রীয় লোড থেকে ক্রমবর্ধমান ক্ষতি গণনা করতে S-N বা ε-N কার্ভ মডেল প্রয়োগ করে। যখন ক্ষতির পরিমাণ গুরুত্বপূর্ণ থ্রেশহোল্ডে পৌঁছায়, তখন ব্যর্থতা ঘটে। এই ভবিষ্যদ্বাণীমূলক ক্ষমতা নকশা জীবনের প্রত্যাশা এবং রক্ষণাবেক্ষণ সময়সূচী সম্পর্কে জানায়।

সিএএই ফলাফলগুলি মাত্রিক স্পেসিফিকেশন, উপাদান নির্বাচন এবং তাপ চিকিত্সা প্রক্রিয়ার ডেটা-চালিত নির্ধারণকে সক্ষম করে। কাঠামোগত অপটিমাইজেশনের মধ্যে ক্র্যাঙ্ক ওয়েব প্রোফাইল পরিবর্তন, উন্নত ফিলিট ডিজাইন বা ভর হ্রাস কৌশল অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। প্রকৌশলীদের অবশ্যই সিস্টেমের সামঞ্জস্যতা নিশ্চিত করতে ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট প্যারামিটারগুলিকে সংলগ্ন উপাদানগুলির সাথে সমন্বয় করতে হবে—সংযোগকারী রডের জ্যামিতি, ফ্লাইহুইল ভর বৈশিষ্ট্য।

এই সিএএই-ভিত্তিক পদ্ধতিটি প্রাথমিক ধারণা থেকে চূড়ান্ত বৈধতা পর্যন্ত ব্যাপক ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন প্রদান করে। কম্পন বিশ্লেষণ, কঠোরতা মূল্যায়ন, স্ট্রেস ঘনত্ব ম্যাপিং, ট্রানজিয়েন্ট ডাইনামিক্স এবং ক্লান্তি পূর্বাভাসের সংহতকরণ লক্ষ্যযুক্ত অপটিমাইজেশনগুলিকে সক্ষম করে যা উন্নয়নের সময় এবং খরচ হ্রাস করে নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করে। যেহেতু সিএএই প্রযুক্তি উন্নত হচ্ছে, ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্ট ডিজাইনে এর প্রসারিত ভূমিকা ইঞ্জিন কর্মক্ষমতা এবং স্থায়িত্বে উদ্ভাবন চালনা করবে।