内燃式水平对动空气压缩机动力学仿真研究

发布时间：2017-09-05 06:02

  本文关键词：内燃式水平对动空气压缩机动力学仿真研究

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【摘要】：内燃式空气压缩机是一种将热能转换为气体压力能的新型压气装置。已有的内燃式空气压缩机方案由于纵向尺寸较高,振动稳定性较差,应用范围受到了一定的限制,为解决这一问题,我们设计了一种重心较低的内燃式水平对动空气压缩机,本文对内燃式水平对动空气压缩机进行了动力学仿真研究与方案对比,分析结果对今后内燃式空气压缩机的优化设计具有重要的意义。本文以178F柴油机曲轴系相关参数为基础,选取3种典型工况(曲轴转速分别为1500转/分、2000转/分、2400转/分),将多体动力学与有限元技术相结合,分别对两个方案在多刚体和多柔体状况下的动力学特性进行了动力学仿真研究,提取了曲轴上所受到的载荷曲线,对曲轴进行了耐久性分析。用SolidWorks建立了两个方案的三维模型,然后在ADAMS中建立了两个方案的刚性体模型,施加相应约束并定义新材料与驱动。对刚性体模型进行动力学仿真研究,分析了曲轴的波动系数、活塞的速度与加速度、连杆受力、轴承支点处受力等动态特性。用ANSYS对曲轴进行了模态分析,分别给出了两个方案的曲轴前十阶非零模态的频率和振型,并对两个模态分析结果做了比较。用HyperMesh将曲轴做柔性化处理,建立了刚柔混合体动力学模型,对内燃式水平对动空气压缩机进行了多柔体动力学仿真。令曲轴的平均转速为2400转/分,在ADAMS中仿真提取了内燃式水平对动空气压缩机曲轴上的载荷曲线,在nSoft疲劳分析软件中对曲轴的疲劳趋势进行了分析,得到了曲轴上最容易发生破坏的10个节点,并对曲轴上所受应力最大的节点进行了寿命预测。
【关键词】：内燃式空气压缩机 动态特性 仿真 疲劳分析
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 概述7
• 1.2 课题研究的目的和意义7-8
• 1.3 国内外研究现状8-10
• 1.3.1 压气机的国内外发展现状8-9
• 1.3.2 内燃式压气机的国内外研究现状9
• 1.3.3 多体动力学仿真现状9-10
• 1.4 课题研究的内容与方法10-11
• 第二章 内燃式水平对动空气压缩机原理分析11-17
• 2.1 内燃式水平对动空气压缩机机构原理分析11-12
• 2.2 内燃式水平对动空气压缩机机构动力学分析12-15
• 2.2.1 曲柄连杆机构的运动学分析12-14
• 2.2.2 曲柄连杆机构的动力学分析14-15
• 2.3 动力活塞与压气活塞受力分析15-16
• 2.4 本章小结16-17
• 第三章 三维模型与多刚体模型的建立17-28
• 3.1 虚拟样机技术简介17
• 3.2 三维实体模型的建立17-19
• 3.2.1 主要参数18
• 3.2.2 三维模型的建立18-19
• 3.3 多刚体模型的建立19-27
• 3.3.1 重命名零部件19-20
• 3.3.2 新材料的创建与材料属性的修改20-21
• 3.3.3 约束的施加21-23
• 3.3.4 载荷的施加23-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第四章 多刚体动力学仿真分析28-42
• 4.1 ADMAS中多刚体方程28-30
• 4.1.1 拉格朗日方程的一般形式28-29
• 4.1.2 ADAMS中多刚体系统的动能29
• 4.1.3 多刚体系统的动力学方程29-30
• 4.2 方案1仿真分析30-32
• 4.2.1 曲轴输出端轴承支点力的比较30-31
• 4.2.2 曲轴自由端轴承支点力的比较31-32
• 4.3 方案2仿真分析32-39
• 4.3.1 曲轴的速度波动系数32-33
• 4.3.2 活塞速度的分析33-34
• 4.3.3 活塞加速度的分析34-36
• 4.3.4 连杆大头端力的比较36-37
• 4.3.5 连杆小头端力的比较37-38
• 4.3.6 输出端轴承支点力38-39
• 4.3.7 自由端轴承支点力39
• 4.4 分析结果汇总39-41
• 4.5 方案1与方案2的对比分析41
• 4.6 本章小结41-42
• 第五章 多柔体动力学仿真分析42-59
• 5.1 多柔体动力学方程42-44
• 5.2 曲轴有限元模型44-51
• 5.2.1 方案1曲轴有限元模型的建立45-48
• 5.2.2 方案2曲轴有限元模型的建立48-51
• 5.2.3 模态分析的对比51
• 5.3 HYPERMESH生成曲轴的模态中性文件51-53
• 5.3.1 柔性体生成的方法51
• 5.3.2 模态中性文件的生成51-53
• 5.3.3 模态中性文件的输出53
• 5.4 柔性体模型的建立53-55
• 5.5 多柔体动力学与运动学的仿真分析55-58
• 5.5.1 曲轴转速的比较55
• 5.5.2 活塞加速度的比较55-56
• 5.5.3 连杆大头端力的比较56-57
• 5.5.4 连杆小头端力的比较57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第六章 曲轴的疲劳分析59-65
• 6.1 NSOFT疲劳分析软件概况59
• 6.2 曲轴的破坏趋势以及危险节点的获取59-61
• 6.3 关键节点的疲劳分析61-64
• 6.3.1 关键节点应力的提取62
• 6.3.2 载荷谱的处理62-63
• 6.3.3 疲劳分析及寿命预测63-64
• 6.4 本章小结64-65
• 第七章 结语与展望65-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间的研究成果71-73
• 致谢73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈翔;崔志琴;李凯;周威;吴迪;;6V150发动机曲轴的自由模态计算分析[J];机械工程与自动化;2014年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李桂兰;DH-71型离心式空压机运行节能技术理论及试验研究[D];四川大学;2005年

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本文编号：796232