摆盘式柴油机摆盘热—机耦合分析及疲劳寿命预测

发布时间：2017-12-27 10:04

本文关键词：摆盘式柴油机摆盘热—机耦合分析及疲劳寿命预测　出处：《中北大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：摆盘式柴油机是一种全新形式的内燃机，该种内燃机具有功率密度高、结构紧凑、振动小、噪声低等诸多优点。摆盘是摆盘式柴油机的最主要零部件之一，工作环境非常恶劣，承受非常大的热负荷与机械负荷，摆盘的好坏直接影响摆盘式柴油机的可靠性和使用寿命。所以，必须对摆盘的进行有限元仿真分析，从而验证摆盘的结构设计是否合理，并为今后摆盘的优化和改进提供依据。本文将前期设计出的摆盘和Z型轴三维实体模型导入ANSA软件进行模型清理和简化，然后划分网格，设置零件材料的相关参数，得到摆盘的有限元模型，以便进行下文的有限元计算。首先，对摆盘的温度场进行计算。摆盘式柴油机的摆盘与传统往复活塞式柴油机的活塞结构大为不同，且在缸内运动形式也不同，活塞进行往复运动，而摆盘进行复杂的章动运动。本文利用前期AVL BOOST软件仿真获得的摆盘式柴油机缸内温度曲线和换热系数曲线，并参考活塞的相关经验和半经验公式计算出摆盘外表面的边界条件，并参照前期工作得到了冷却油腔的边界条件，然后采用有限元方法对摆盘的温度场进行了计算，得到了温度场分布云图和温度梯度云图,然后对摆盘进行热应力计算，得到摆盘热应力分布云图和热变形分布云图。其次，本文对摆盘处于燃气最大爆发压力时的工况进行了有限元计算，得到了该工况下的摆盘的等效应力分布云图和位移分布云图，结果表明该工况下摆盘上的等效应力处于摆盘材料的屈服强度和抗拉强度之内。然后将摆盘的温度场施加在摆盘上，并进行了热机耦合计算，得到了摆盘在热载荷与机械载荷共同作用下的等效应力云图和位移云图，，结果表明摆盘上的等效应力处于摆盘材料的屈服强度和抗拉强度之内。最后，将摆盘热机耦合计算的结果导入到DesignLife软件中，设置S—N曲线和相关参数，在疲劳分析理论的基础上，对摆盘和Z型轴的疲劳寿命进行了计算，结果表明二者可以基本满足使用要求。
[Abstract]:The swinging disc diesel engine is a new type of internal combustion engine. The internal combustion engine has many advantages, such as high power density, compact structure, small vibration and low noise. Swinging plate is one of the most important parts of the diesel engine with swinging plate. The working environment is very bad. It is subjected to very large heat load and mechanical load. The quality of the swinging plate directly affects the reliability and service life of the swing disk diesel engine. Therefore, finite element simulation analysis of the swashplate must be carried out to verify the reasonableness of the structural design of the swing plate, and provide a basis for the optimization and improvement of the swing table in the future.
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423

【参考文献】