基于响应面的连杆结构优化设计

发布时间：2020-11-13 06:59

　　 连杆是内燃机的主要传动构件之一,承担着将燃气燃烧内能转化为机械能的重要任务。在发动机的工作过程中,连杆承受着复杂的交变载荷作用,工作条件十分恶劣。随着国六的颁布,发动机的排放和性能需要得到进一步提升,各零件的轻量化恰恰是解决这一问题的途径。在符合连杆结构强度、刚度的设计要求下,连杆的轻量化,使得连杆的工作状况更加恶劣。因此,对连杆的有限元分析及结构优化是十分必要的。本文以某内燃机连杆为研究对象,对连杆的运动、受力情况进行分析。利用Pro/E参数建模功能,建立连杆的参数化模型。通过有限元静力学分析,得到连杆的应力、位移云图,并对不同工况下连杆的危险区域进行了分析。通过对连杆参数的分析,确定出连杆优化需要考虑的因素。以连杆有限元分析为基础,对连杆的9个设计参数进行敏感性分析,得到每个参数对优化过程的影响程度,并筛选出影响较大的4个参数,作为设计变量。通过最佳空间填充设计获得25组样本点,构建出Kriging响应面模型。并额外计算10组测试点结果对响应面模型的精准度进行验证,验证得出所构建的响应面模型可靠。通过遗传算法对连杆响应面模型进行寻优求解,得出3组优化设计结果。通过对比分析,选取较优的设计参数。将设计值代回求解,与响应面预测结果对比,得到连杆优化的质量误差不到1%,连杆质量下降13.07%并对优化后连杆模型危险部位进行分析,说明优化后的连杆安全可靠,完成连杆轻量化。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK403
【部分图文】：

图 2.1 曲柄连杆机构运动简图构的运动学分析中，稳定工况下内燃动看作为等速旋转，忽略扭矩不均匀旋转角速度可以用式子 2.1 表示： = n /30( rad / s)柄做等角速度旋转，连杆大头与曲柄。燃气压力作用和气缸的约束，使活通过活塞销连接，故连杆小头与活塞运动，另一端的等速圆周运动，共同

化建模使用对模型的尺寸特征、材料特征等使用参数进行定义，与，参数化建模对尺寸标注所使用的不是具体的数值，而是各种参数定义每个参数的初始数值，创建模型的过程中，对每个需要参数化行定义，相关参数使用定义的参数关系式进行表达。参数化模型在十分便捷，仅需更改建模前定义的参数，重新生成模型即可获得新优化是一个反复迭代的过程，每一次迭代计算，都经历模型生成、重复过程，而每次的模型更新正是通过每个参数的改变而生成新的设计软件的发展，使得各个软件的人机交互能力十分强大，广泛的的联合仿真越来越容易，充分发挥了各个软件的优势。连杆是活塞和曲轴的连接件，改变连杆的主要尺寸会使得该模型与结构发生改变，故不对连杆大头内径、小头内径、及连杆整体长度所设计的各个参数通过结构简图展示，如图 2.2、2.3 所示：

化建模使用对模型的尺寸特征、材料特征等使用参数进行定义，与，参数化建模对尺寸标注所使用的不是具体的数值，而是各种参数定义每个参数的初始数值，创建模型的过程中，对每个需要参数化行定义，相关参数使用定义的参数关系式进行表达。参数化模型在十分便捷，仅需更改建模前定义的参数，重新生成模型即可获得新优化是一个反复迭代的过程，每一次迭代计算，都经历模型生成、重复过程，而每次的模型更新正是通过每个参数的改变而生成新的设计软件的发展，使得各个软件的人机交互能力十分强大，广泛的的联合仿真越来越容易，充分发挥了各个软件的优势。连杆是活塞和曲轴的连接件，改变连杆的主要尺寸会使得该模型与结构发生改变，故不对连杆大头内径、小头内径、及连杆整体长度所设计的各个参数通过结构简图展示，如图 2.2、2.3 所示：
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本文编号：2881888