发动机机体疲劳寿命预测方法研究

发布时间：2017-04-11 05:23

  本文关键词：发动机机体疲劳寿命预测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机体是发动机最重要的部件之一。作为整个发动机的骨架和基础，机体在发动机工作时承受极为复杂的载荷，这些载荷的大小和方向均随工况、曲轴转角不断变化，并且有些载荷的作用部位也在时刻变化。机体在设计寿命周期之内一旦发生疲劳破坏，是很难完全修复的。因此，机体的可靠性对整个发动机的性能有着重要的影响，它在一定程度上决定着整个发动机的使用寿命，对机体的疲劳进行深入的研究是十分有必要的。本文以CY4102BZQ柴油机机体为研究对象，，在有限元理论的基础上，通过动态应力分析方法较为准确的获得了机体各部位应力情况，结合疲劳理论对机体的疲劳进行了深入的研究。 本文首先总结了疲劳的基础理论，调研了国内外机体的研究现状，对疲劳的机理、分类进行了较详细的归纳分析。 建立了CY4102BZQ柴油机一个整缸（第三缸）和相邻两个半缸（第二缸和第四缸）的组合结构的实体模型。将建立的实体模型导入有限元前处理软件软件ANSA中，对各零件材料、属性进行设置，在保证计算准确度的前提下，结合各零件的结构特点，进行了一定的结构简化，选择合理的单元类型、单元尺寸对组合结构进行网格划分，分别在气缸盖与螺栓、气缸盖与钢丝密封圈、钢丝密封圈与机体、机体与螺栓、机体与主轴承盖等零件的接触面定义了八对接触关系，在机体前后支撑点和机体组合结构的截断面定义了位移约束，完成了机体组合结构有限元模型的建立。 运用有限元软件ANSYS，采用完全法，以第三缸的一个工作循环进行载荷步的设置，对机体组合结构有限元模型进行了瞬态动力学分析，得出了各节点的应力和位移的时间历程，并对几个危险部位进行了应力分布情况的分析，对机体的设计优化提供了理论依据，并为机体的疲劳寿命预测提供了数据。 研究了疲劳寿命计算模型、载荷谱、疲劳累积损伤、平均应力修正等用于计算疲劳寿命的理论。将瞬态动力学的分析结果导入疲劳分析软件DesignLife，选择分析模型，输入材料数据，建立载荷谱，确定累积损伤模型，最终得到特定工况下机体在机械载荷作用下疲劳寿命的预测结果。 分析了机体疲劳的几种影响因素。结合发动机的实际运行情况，总结出了机体易发生疲劳破坏的危险部位。对疲劳危险部位影响因素敏感度分析方法进行了一定的研究。
【关键词】：机体 瞬态动力学 疲劳寿命 敏感度分析方法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK422
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 本文的研究背景及意义11-12
• 1.2 疲劳基本概念及分类12-13
• 1.2.1 疲劳及其机理12
• 1.2.2 疲劳的分类12-13
• 1.3 国内外相关内容研究综述13-18
• 1.3.1 疲劳研究发展历程13-16
• 1.3.2 发动机机体研究现状16-18
• 1.4 本文主要研究内容及实施方案18-21
• 2 机体应力应变数据获取方法研究21-41
• 2.1 有限元理论21
• 2.2 瞬态动力学分析21-23
• 2.3 机体组有限元模型的建立23-26
• 2.3.1 实体模型的建立23-25
• 2.3.2 结构离散25-26
• 2.4 初始条件的建立26-27
• 2.5 建立边界条件27-35
• 2.5.1 位移边界条件27
• 2.5.2 接触边界条件27-28
• 2.5.3 载荷边界条件28-35
• 2.6 载荷步设置及求解控制35-37
• 2.7 机体瞬态动力学结果分析37-41
• 3 机体疲劳寿命预测方法研究41-53
• 3.1 疲劳寿命预测方法41-44
• 3.1.1 常用的疲劳寿命预测方法41-44
• 3.1.2 机体疲劳寿命预测方法的确定44
• 3.2 疲劳载荷谱44-46
• 3.3 材料特性的获取46-47
• 3.4 疲劳累积损伤理论47-49
• 3.4.1 线性累积损伤理论47-48
• 3.4.2 非线性累积损伤理论48-49
• 3.5 平均应力修正49-50
• 3.6 机体疲劳寿命预测及结果分析50-53
• 4 疲劳危险部位影响因素敏感度分析方法研究53-67
• 4.1 机体疲劳的影响因素53-54
• 4.2 机体疲劳危险部位及影响因素的确定54-55
• 4.3 疲劳影响因素敏感度分析方法研究55-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 全文总结67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙国芹;尚德广;邓静;;基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量[J];北京工业大学学报;2008年04期

2 朱涛;宋健;李亮;;复现试验场工况的转向拉杆室内加速疲劳试验[J];公路交通科技;2010年02期

3 董乐义,罗俊,程礼;雨流计数法及其在程序中的具体实现[J];航空计测技术;2004年03期

4 贾超;张树壮;;支持裂纹扩展的三维有限元网格生成算法[J];计算机工程与应用;2006年31期

5 王宏伟;骆红云;钟群鹏;;汽车前轴的疲劳试验及其疲劳寿命的预测[J];金属热处理;2007年S1期

6 卢曦;郑松林;;轿车主减速器齿轮疲劳寿命的试验研究[J];机械强度;2008年04期

7 闫胜昝;童水光;张响;朱训明;;汽车车轮弯曲疲劳试验分析研究[J];机械强度;2008年04期

8 李静;孙强;李春旺;乔艳江;张忠平;;一种新的多轴疲劳寿命预测方法[J];机械工程学报;2009年09期

9 薛良君,楼狄明,张松杨;16V280ZJB型柴油机机体应力测试与分析[J];内燃机车;2004年09期

10 贾建军,彭颖红,阮雪榆;一种有限元裂纹扩展仿真的网格技术[J];模具技术;2001年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 黄晓阳;基于ANSYS的平板网架结构设置悬挂吊车疲劳载荷谱的编制[D];太原理工大学;2008年

2 王伟林;3100柴油机机体有限元分析[D];天津大学;2007年

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本文编号：298423