基于船用低速机关键零部件缩比模型的疲劳强度相似理论研究

发布时间：2020-03-22 00:18

【摘要】：连杆和曲轴是柴油机工作中疲劳强度可靠性要求很高的关键零部件。对于关键零部件的设计过程,往往需要进行各种疲劳强度试验和仿真,才能得知其是否满足要求。但对于船用低速柴油机来说,这种反复制作和研究过程,会严重的增加成本,浪费时间和人力物力。所以研究一种使用缩比小模型来代替原模型的方法,其经济性和实用性,必然会成为当下以及将来对低速柴油机结构件研究的一种重要方法。本文的具体研究内容如下:(1)首先使用有限元软件对低速机关键零部件的原模型和缩比模型进行静态疲劳仿真计算。然后分别通过Goodman曲线、工作寿命云图以及疲劳安全系数云图三种方法对静态计算结果进行分析,验证了其在静态工况下的疲劳强度可靠性。最后根据原模型与缩比模型的静态强度关系,得出静态疲劳强度相似理论与模型尺寸、施加载荷与原载荷的比值n有关,并根据其相似关系,拟合了静态疲劳强度的相似理论经验公式。(2)首先使用有限元软件对曲柄-连杆机构的原模型和缩比模型进行动态仿真分析,并得出其在动态工况下的疲劳强度变化情况。然后通过Goodman曲线、工作寿命云图以及疲劳安全系数云图三种方法对动态计算结果与静态计算结果进行对比分析,并验证了其在动态工况下的疲劳强度可靠性。最后根据原模型与缩比模型的强度关系,得出动态疲劳强度相似理论不仅与模型尺寸、施加载荷与原载荷比值n有关,还与修正系数b有关,且修正系数b的取值随特征位置的不同而有所不同,并根据其相似关系,拟合了动态疲劳强度相似理论经验公式。(3)使用WAW-2000型微机控制电液伺服万能试验台对曲轴和连杆的1/4缩比模型进行静态疲劳强度试验,并将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了疲劳强度仿真分析的正确性,并验证了疲劳强度相似理论的准确性。
【图文】：

第 1 章 绪论（3）将已经建立完成的三维模型导入有限元软件 ANSYS Workbench 中，进行静限元模型求解。将计算得到的零部件应力分布，，进行 Goodman 曲线校核，疲劳寿图以及疲劳安全系数云图分析。将原模型与缩比模型进行对比分析，使用 MATL结果进行拟合，总结同一模型在不同载荷下的疲劳强度相似理论，以及原模型与缩型在不同载荷下的疲劳强度相似理论，并得出静态疲劳强度的相似理论经验公式。（4）在 ANSYS-Workbench 中建立曲柄连杆机构的动态仿真模型，并进行动态计解，得到曲柄连杆机构的动态应力分布，对计算结果进行 Goodman 曲线疲劳校核劳寿命云图以及疲劳安全系数云图分析，并与静态计算结果作对比分析。将其原模缩比模型的计算结果进行对比分析，总结原模型与缩比模型的相似理论，并拟合得态疲劳强度的相似理论经验公式。（5）设计 1/4 缩比模型的二维图纸并进行加工制造，使用万能试验机对加工制造体模型进行静态疲劳强度试验，并将试验结果与仿真结果进行对比分析，验证疲劳仿真分析的正确性，并校验疲劳强度相似理论的准确性。

图 2.1 曲柄连杆机构示意图算：塞瞬时位移 x 为：x = R + L L cos β Rcosα/sinα， 得sin β =λ sinα2 2 2cos β = 1 sin β = 1 λ sinα2-1）中2 2x = R (1 cos α ) + L(1 1 λ sin α)[(1 cos ) (1 cos2 )]4X Rλ= α + α(sin sin2 )2dxV Rdtλ= = ω α + α2V ′ = Rω (cos α + λ cos2α )算：运动状态可以视为由活塞销带动的直线
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.121.1

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4 陈U

本文编号：2594152