基于数字样机技术的曲轴多体动力学和有限元分析

发布时间：2017-03-26 09:18

  本文关键词：基于数字样机技术的曲轴多体动力学和有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 发动机曲轴是发动机中最重要的部件之一,它承受复杂、交变的冲击载荷,是发动机设计的重点和难点。传统设计、分析方法的简化难以满足实际的需要,而多体动力学和有限元法的发展使得精确地分析曲轴动力学响应问题成为可能。 本文探讨用数字样机技术,通过多体动力学仿真手段和有限元分析对发动机曲轴力学性能进行了研究。主要的研究工作概括如下: 〔1〕结合现代机械设计的应用理论,系统介绍了现代内燃机设计开发过程的重要技术——数字样机技术;介绍了应用数字样机技术开展曲轴系统动力学研究的主要流程。 〔2〕在对曲轴强度的研究中,应用ADAMS软件,建立曲轴连杆和机体模型,进行了基于数字样机技术的曲轴系的动力学分析,模拟了曲轴的实际工作状况,得到曲轴的主轴颈及连杆轴颈受力情况,从而为进一步研究分析曲轴强度奠定了基础。 〔3〕应用Pro/E软件建立曲轴的三维实体模型,通过Pro/E与ANSYS的接口将其转换成ANSYS有限元模型,对曲轴进行网格划分和边界条件的施加,进行了基于有限元方法的曲轴静态强度分析,分析了曲轴的变形和应力状态,并完成了曲轴的疲劳强度计算,结果表明,该曲轴的强度满足设计和运行工况的要求。 〔4〕基于上述有限元模型对曲轴进行模态分析,计算了曲轴前6阶自由振动模态,分析了模态的振型及固有频率。通过模态实验和有限元计算相结合的方法来验证有限元模型的准确性。数据表明,有限元计算模态结果与实验测试结果吻合较好,表明曲轴有限元模型在一定频率范围内能较好地表征各自物理模型的动态特性。曲轴的模态频率能够用来预测发动机各部件之间动态干扰的可能性,通过合理的结构设计可以避开共振频率。这为发动机曲轴优化、改进设计提供了有价值的理论依据。 研究结果表明,利用数字样机技术,结合有限元分析手段可以完成发动机曲轴的动力学响应分析工作,获得了很好的仿真结果,同时对于发动机曲轴的改进设计,提高发动机设计水平及提高发动机整机性能有着重要意义,是既经济又有效的科学化手段。
【关键词】：曲轴 数字样机技术 有限元 仿真 多体动力学
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 课题研究背景15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 课题来源和课题研究的目的及意义18
• 1.4 本论文主要研究内容和技术路线18-20
• 第二章 数字样机相关技术20-27
• 2.1 数字样机技术的产生背景20
• 2.2 数字样机技术的概念20
• 2.3 数字样机技术的相关技术20-21
• 2.4 数字样机技术的理论基础21-22
• 2.5 数字样机技术的特点22-23
• 2.6 数字样机技术的应用23-24
• 2.7 主要的数字样机软件24-25
• 2.8 基于数字样机技术的发动机轴系分析流程25
• 2.9 本文研究的数字样机介绍25-27
• 2.9.1 仿真研究平台25-26
• 2.9.2 仿真研究对象26-27
• 第三章 曲轴系多体系统动态仿真27-43
• 3.1 概述27
• 3.2 曲柄连杆机构运动学分析27-29
• 3.3 曲柄连杆机构动力学分析29-31
• 3.3.1 曲柄连杆机构的质量分布29
• 3.3.2 曲柄连杆机构中的作用力29-31
• 3.4 曲轴系动力学模型的建立31-33
• 3.4.1 ADAMS/Engine 建模实现31-32
• 3.4.2 曲轴系多体模型32-33
• 3.5 曲轴系动力学模型机构简介33-36
• 3.6 曲轴系动力学模型全局参数36
• 3.7 施加主动载荷及约束36-37
• 3.8 曲轴系仿真结果37-41
• 3.9 曲轴系仿真结果分析及结论41-43
• 第四章 曲轴有限元分析43-55
• 4.1 曲轴几何模型的建立43-44
• 4.2 曲轴有限元模型的建立44-46
• 4.2.1 单元类型的选择44-45
• 4.2.2 定义材料属性45
• 4.2.3 有限元网格的划分45
• 4.2.4 载荷状况确定45-46
• 4.3 边界条件的处理46-51
• 4.3.1 轴颈分布载荷计算47-49
• 4.3.2 曲轴旋转惯性力和重力49
• 4.3.3 相邻曲拐传递的扭矩49
• 4.3.4 曲轴约束条件处理49-51
• 4.4 曲轴有限元分析结果51-53
• 4.4.1 应变分析51-52
• 4.4.2 应力分析52-53
• 4.5 曲轴强度校核53-55
• 4.5.1 曲轴静强度安全系数校核54
• 4.5.2 曲轴疲劳强度安全系数校核54-55
• 第五章 曲轴动态特性研究55-64
• 5.1 引言55
• 5.2 模态分析55-59
• 5.2.1 对结构进行模态分析的意义55-56
• 5.2.2 模态分析的理论基础56-57
• 5.2.3 曲轴结构模态分析模型的建立57
• 5.2.4 曲轴模态计算结果与分析57-59
• 5.2.5 曲轴模态振型表现及原因分析59
• 5.3 曲轴实验模态分析59-64
• 5.3.1 实验模态分析的一般过程59-61
• 5.3.2 曲轴模态实验测试系统61
• 5.3.3 曲轴模态实验方案61-62
• 5.3.4 曲轴模态实验测点布置62
• 5.3.5 曲轴测点的传递函数的测量62
• 5.3.6 模态实验分析软件应用步骤62-63
• 5.3.7 有限元计算结果与曲轴实验分析结果对比63-64
• 第六章 总结与展望64-67
• 6.1 工作总结64-65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-70

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 任思路;童宝宏;;车用发动机曲轴的有限元分析[J];重庆理工大学学报(自然科学);2011年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 荀海量;煤油替代汽油燃料的发动机曲轴动力学模拟与仿真研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 王受路;基于ANSYS的曲轴强度有限元分析[D];山东大学;2011年

3 李国森;乳化液泵曲轴的疲劳分析与虚拟寿命预测[D];太原理工大学;2010年

4 袁英;井下应急排水车行走机构的设计研究[D];太原理工大学;2012年

5 黄以兵;16V170柴油机曲轴研制与有限元分析[D];山东理工大学;2012年

6 田云强;基于虚拟样机技术的摩托车车架结构强度分析[D];重庆大学;2012年

7 李会;考虑表面处理影响的曲轴强度研究[D];大连交通大学;2012年

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本文编号：268607