船用柴油机半组合式曲轴红套工艺的研究与设计

发布时间：2017-08-19 00:20

  本文关键词：船用柴油机半组合式曲轴红套工艺的研究与设计

  更多相关文章： 曲轴 红套 ANSYS 有限元分析 数值模拟 二次开发

【摘要】：随着我国经济快速的发展和世界各国船市的变化,从20世纪90年代起世界船业制造中心已经出现了向中国地区转移的一种趋势。而半组合式曲轴作为柴油发动机核心的部件之一,其质量的高低对整个船用柴油发动机的寿命非常的重要。所以展开对船用柴油机的半组合式曲轴红套的相关工艺研究具有很重要的意义。本文将采用效率高、易控、污染少的中频感应加热器来加热曲轴,基于有限元方法建立电磁场和温度场的方程,利用ANSYS软件对曲轴红套的感应加热过程进行分析。1.深入研究了感应加热的原理,尤其是透入深度问题和涡流的集肤效应;感应加热数值模拟知识和有限元方法;温度场相关理论和电磁场基本定律。2.分析了ANSYS软件多场耦合分析的类型,确定了曲轴红套过程中多场耦合过程的分析方法:电磁-热场耦合分析的物理环境法、热-结构场耦合分析的间接法。3.利用ANSYS有限元软件模拟仿真了用感应加热器加热半组合柴油机曲轴的过程。特别是对耦合仿真过程中几个关键问题进行了处理,如采用了查表的方法解决了材料的物理参数随温度的改变而改变的问题;采用物理环境的方法实现了温度场、电磁场两个场循环耦合的问题。4.利用APDL编写出了一套基于ANSYS软件的曲轴红套的加热过程的命令流,对ANSYS 10.0进行了二次的开发,从而可以高效率的分析出不同的频率和电流密度等参数对曲臂温度的影响,为红套工艺的制定提供了参考依据。利用仿真软件ANSYS对曲轴红套感应加热过程进行了模拟仿真,并通过实验证明了仿真方法的正确性。同时,通过APDL对ANSYS 10.0进行了二次开发,仿真了不同加热参数对曲臂温度的影响,确定了一组合理的曲轴红套加热参数。
【关键词】：曲轴 红套 ANSYS 有限元分析 数值模拟 二次开发
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 选题的背景和意义12-15
• 1.2 感应加热技术的发展与优点15-17
• 1.3 感应加热数值模拟国内外研究现状17-18
• 1.4 主要研究内容和章节安排18-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 感应加热基本理论和数学模型21-36
• 2.1 感应加热基本理论21-24
• 2.1.1 感应加热的原理21-22
• 2.1.2 集肤效应22-23
• 2.1.3 透入深度23-24
• 2.2 电磁场的有限元数学模型24-30
• 2.2.1 电磁场基本方程24-25
• 2.2.2 Maxwell方程组的微分形式25-27
• 2.2.3 电磁场中常见的边界条件27
• 2.2.4 基于磁矢量位的感应加热涡流场方程27-30
• 2.3 温度场的有限元数学模型30-35
• 2.3.1 温度场基本理论31-32
• 2.3.2 感应加热温度场有限元方程32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 曲轴红套的数值模拟及其关键技术问题处理36-43
• 3.1 数值计算法36-38
• 3.2 有限元法38
• 3.3 曲轴红套数值模拟关键问题处理38-42
• 3.3.1 曲轴材料物理参数的温度依赖性38-39
• 3.3.2 线圈与曲臂感生电流的相互影响39-40
• 3.3.3 空气对流与辐射对曲轴红套的影响40-41
• 3.3.4 电磁场与温度场的相互耦合41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于ANSYS的曲轴红套中多场耦合实现方法43-56
• 4.1 ANSYS软件介绍43-46
• 4.2 ANSYS软件在工程中的应用46-48
• 4.3 曲臂感应加热中耦合场分析的实现方法48-51
• 4.3.1 耦合分析类型48-50
• 4.3.2 曲臂感应加热中的电磁-热场耦合50-51
• 4.3.3 曲臂感应加热中的热-结构场耦合51
• 4.4 ANSYS磁-热耦合仿真实例51-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 曲轴感应加热数值仿真分析56-82
• 5.1 曲轴感应加热数值仿真模型的建立56-63
• 5.1.1 实体模型的建立56-58
• 5.1.2 有限元模型的建立58-63
• 5.2 仿真结果63-64
• 5.3 实验验证64-70
• 5.4 ANSYS的二次开发及应用70-81
• 5.4.1 曲轴感应加热过程的ANSYS二次开发70-76
• 5.4.2 红套参数变化对模拟结果的影响76-81
• 5.5 本章小结81-82
• 总结与展望82-84
• 参考文献84-87
• 附录 187-92
• 附录 292-93
• 附录 393-96
• 附录 496-100
• 附录 5100-101
• 附录 6101-104
• 攻读硕士期间发表的学术论文104-105
• 致谢105

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本文编号：697612