内燃机连杆的静动态分析及结构优化设计

发布时间：2017-10-12 18:12

  本文关键词：内燃机连杆的静动态分析及结构优化设计

  更多相关文章： 连杆 ABAQUS 静态分析 结构优化 动态分析

【摘要】：作为内燃机的关键运动构件——连杆,不仅结构复杂,工作环境恶劣,而且工作过程中承受复杂的交变载荷,连杆的工作可靠性对内燃机的工作可靠性有很大的影响,因此在满足连杆合理强度、刚度的前提下,减小连杆质量,减轻惯性力对连杆的不利影响非常重要。随着计算机软件技术的发展,大型的有限元软件在内燃机零部件的结构设计及优化过程中得到广泛应用。本文以4102B型内燃机连杆为研究对象,首先分析它的工作原理,并对其曲柄连杆机构进行运动学和动力学理论分析,计算出连杆在工作过程中所承受的载荷。其次,利用PRO/E软件建立连杆组的三维实体模型,导入专业划分网格的软件Hyper Mesh对其进行网格划分,运用ABAQUS对其进行静态有限元分析,得出连杆在危险工况时的应力云图和位移云图,并对其进行强度、刚度以及疲劳特性分析,找到连杆在工作过程的危险点。然后建立目标函数,确定约束条件以及设计变量,对连杆结构进行优化设计,使得优化后的连杆质量、惯性力有所减小,应力集中得到缓解,连杆的结构分布更加合理。最后,在ABAQUS中以模态分析理论为基础对优化后连杆建立了模态有限元模型,并对其进行约束模态分析,得出连杆的固有频率和振型,从动力学角度检验优化后的连杆结构的合理性。
【关键词】：连杆 ABAQUS 静态分析 结构优化 动态分析
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 连杆有限元静态分析12-13
• 1.2.2 连杆优化设计13-14
• 1.2.3 连杆有限元动态分析14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 连杆的运动与载荷分析16-29
• 2.1 四冲程内燃机工作原理16-18
• 2.2 曲柄连杆机构的运动分析18-21
• 2.2.1 活塞的位移19
• 2.2.2 活塞的速度19-20
• 2.2.3 活塞的加速度20
• 2.2.4 连杆摆动的角位移20
• 2.2.5 连杆摆动的角速度20-21
• 2.2.6 连杆摆动的角加速度21
• 2.3 连杆的载荷计算21-27
• 2.3.1 作用于活塞的气体力22-25
• 2.3.2 活塞组的惯性力25-26
• 2.3.3 连杆的惯性力26
• 2.3.4 预紧载荷的处理26-27
• 2.4 危险工况下连杆的受力分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 连杆的静态有限元分析29-44
• 3.1 有限元方法简介29-30
• 3.2 连杆组有限元模型的建立30-35
• 3.2.1 连杆组三维实体模型的建立30-31
• 3.2.2 连杆模型网格划分31-33
• 3.2.3 材料的定义33
• 3.2.4 接触对的定义33
• 3.2.5 边界条件的定义33-35
• 3.3 连杆的静态有限元分析35-40
• 3.3.1 最大拉伸工况的有限元分析35-37
• 3.3.2 最大压缩工况37-40
• 3.4 疲劳分析40-43
• 3.4.1 疲劳分析概述40
• 3.4.2 连杆的疲劳分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 连杆的优化设计44-56
• 4.1 结构优化设计简介44
• 4.2 连杆优化数学模型44-46
• 4.2.1 设计变量44-45
• 4.2.2 目标函数45
• 4.2.3 约束条件45-46
• 4.3 内燃机连杆的优化流程及优化结果46-52
• 4.3.1 优化流程46
• 4.3.2 结果分析46-52
• 4.4 连杆的应力试验验证52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 连杆模态分析56-64
• 5.1 模态分析简介56
• 5.2 模态分析基本理论56-58
• 5.2.1 计算模态分析理论56-57
• 5.2.2 试验模态分析理论57-58
• 5.3 连杆模态特性有限元分析58-61
• 5.3.1 模态分析的一般步骤58-59
• 5.3.2 结果分析59-61
• 5.4 连杆试验模态分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论与展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 丁家松;李全;梁刚;;连杆有限元计算边界条件研究[J];柴油机;2010年03期

2 杨国旗;虞彪;;基于ANSYS WORKBENCH的发动机连杆有限元分析[J];装备制造技术;2011年10期

3 杨志波;罗鹏飞;刘凯飞;;基于有限元的发动机连杆优化设计[J];河南理工大学学报(自然科学版);2013年01期

4 李建锋;许成;;柴油机连杆疲劳强度研究[J];内燃机与动力装置;2012年01期

5 孙肾奎,张慧敏;惯性力对连杆应力的影响[J];上海冶金高等专科学校学报;1999年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 林蕾;柴油机连杆动力响应分析的初步研究[D];大连交通大学;2007年

2 王臣臣;柴油机连杆强度计算分析与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

，

本文编号：1020201