本文關鍵詞：基于有限元與多體動力學的曲軸系分析

  更多相關文章： 柴油機 曲軸 多體動力學 扭振 疲勞強度

【摘要】：曲軸內燃機中最重要的部件之一,在內燃機的工作中起著無可替代的作用。同時曲軸具有結構復雜、受力較大且為交變力、容易產生應力集中等特點,導致了曲軸在工作時發(fā)生復雜的變形,產生嚴重的振動。所以曲軸的強度與振動分析也成為了內燃機研發(fā)中的一項重點課題。本文主要運用有限元與多體動力學相結合的方法對某12缸V型中速柴油機進行曲軸系分析。首先根據需要建立了相關的計算模型。運用Hypermesh軟件進行六面體網格的劃分,并對曲柄銷、主軸頸與曲柄臂的過渡圓角處進行網格細分。根據該機型的工作原理以及各零件之間的連接關系,在AVL EXCITE中建立軸系的多體動力學模型。然后對該曲軸系進行了多體動力學分析。通過主軸頸受力分析,得到了各主軸頸的受力情況。通過各主軸頸的軸心軌跡分析,得到了軸心偏移較大值以及對應的圓周角坐標。對該轉子的轉速波動進行計算,得到不均勻度δ=0.0024,滿足設計要求。接著對該曲軸系進行了扭振計算與分析。采用編寫的MATLAB程序計算得到自由振動的自振頻率與振型。利用多體動力學模型對該軸系進行強制扭轉振動分析,得到該曲軸自由端在額定工況以及其它中間工況的扭轉角位移與各諧次扭轉角振幅。通過觀察對比得知額定工況下的主諧次1諧次的扭轉角振幅最大,單階峰-峰值為0.244°CA,可知該曲軸軸系扭振情況滿足工程要求。最后進行曲軸的疲勞強度計算與優(yōu)化。通過應力恢復找出該曲軸最大應力點位于第六連桿軸頸與最末端曲柄臂的過渡圓角處。應用曲軸疲勞強度校核公式對該點進行強度校核,得到綜合安全系數為1.64。根據該機型結構提出了將止推軸承位置由原來的第六主軸頸處改為末端第七主軸頸處的優(yōu)化方案,再次查找應力最大點并對其進行疲勞強度校核,得到該點的綜合安全系數為1.84,相比原來應力最大點的安全系數提高了9.5%。
【關鍵詞】：柴油機 曲軸 多體動力學 扭振 疲勞強度
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK403
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-14
• 1.2.1 疲勞強度研究10-12
• 1.2.2 曲軸扭振研究12-14
• 1.3 本文的主要工作14-16
• 2 理論基礎與相關軟件簡介16-24
• 2.1 有限元理論及相關軟件16-18
• 2.1.1 有限元計算方法的基礎理論16
• 2.1.2 子結構法簡介16-17
• 2.1.3 Hypermesh軟件簡介17
• 2.1.4 MSC.Patran&Nastran簡介17-18
• 2.2 多體動力學理論及相關軟件18-20
• 2.2.1 多體動力學計算的理論基礎18-19
• 2.2.2 AVL EXCIT軟件簡介19-20
• 2.3 疲勞強度相關理論20-22
• 2.4 扭轉共振理論22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 3 模型的建立24-36
• 3.1 有限元模型24-29
• 3.1.1 曲軸有限元模型24-28
• 3.1.2 主軸承壁、電機轉子有限元模型28-29
• 3.2 AVL EXCITE模型29-35
• 3.2.1 全局參數的設置30-31
• 3.2.2 體單元31-32
• 3.2.3 連接單元32-35
• 3.3 本章小結35-36
• 4 多體動力學計算結果及分析36-44
• 4.1 主軸頸受力分析36-38
• 4.2 軸心軌跡分析38-42
• 4.3 轉速波動分析42-43
• 4.4 本章小結43-44
• 5 曲軸扭振分析44-55
• 5.1 軸系集中質量模型44-45
• 5.2 霍爾茲表格法計算軸系自由扭轉振動45-49
• 5.2.1 霍爾茲表格法原理介紹45-46
• 5.2.2 霍爾茲表格法編程計算46-49
• 5.3 基于多體動力學的自由端強制扭振分析49-54
• 5.4 本章小結54-55
• 6 曲軸疲勞強度分析與優(yōu)化55-66
• 6.1 疲勞強度校核55-62
• 6.1.1 應力恢復55-60
• 6.1.2 危險點疲勞強度計算60-62
• 6.2 曲軸疲勞強度優(yōu)化62-65
• 6.2.1 改變止推軸承位置62-64
• 6.2.2 其他優(yōu)化方法64-65
• 6.3 本章小結65-66
• 7 總結與展望66-68
• 7.1 結論66-67
• 7.2 展望67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄A 自由扭轉振動MATLAB程序71-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況73-74
• 致謝74-75

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 肖森;于學兵;陳小雷;;8L265柴油機曲軸的疲勞分析及結構優(yōu)化[J];農業(yè)裝備與車輛工程;2015年08期

2 郭宜斌;李玩幽;蔡鵬飛;盧熙群;呂秉琳;;提高軸系扭振信號時頻轉換精度的方法[J];哈爾濱工程大學學報;2014年09期

3 周國強;甘少煒;雷偉;蔡忠華;;應變測量在軸系扭轉振動測試中的應用[J];船海工程;2014年02期

4 張春海;宋秋艷;;基于小波變換的扭振測量方法[J];電力勘測設計;2012年04期

5 上官文斌;陳超;段小成;諶寶軍;;發(fā)動機曲軸系統(tǒng)扭轉振動建模與實測分析[J];振動.測試與診斷;2012年04期

6 陳亮;宋希庚;明章杰;唐斌;薛冬新;;基于有限元和多體動力學的柴油機曲軸動態(tài)強度與沖擊響應分析[J];振動與沖擊;2008年11期

7 馮兵兵;錢作勤;林文武;;基于ADAMS的柴油機曲軸仿真分析[J];船海工程;2008年05期

8 于正林;曹國華;姜濤;;采用激振法的曲軸疲勞試驗[J];中國機械工程;2008年05期

9 張磊;周舟;;基于多體動力學和有限元方法的曲軸強度分析[J];計算機輔助工程;2006年S1期

10 唐琦,孫立星,陶俊衛(wèi),孫濟良,翟偉,汪鳴松;自適應共振式曲軸彎曲疲勞試驗機的研制[J];汽車技術;2004年10期

，

本文編號：572162