发动机结构系统瞬态响应仿真研究

发布时间：2017-04-16 04:11

  本文关键词：发动机结构系统瞬态响应仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着车辆高速化和轻量化要求的不断提高,对发动机的功率、体积和重量的要求也不断提高。目前,发动机的设计日益向着提高效率、增加可靠性、减轻重量、降低燃油消耗率以及降低排放等方向发展,其强化指标不断提高,导致零部件工作条件恶化,经常出现疲劳破坏等问题,严重影响发动机工作的可靠性,已成为社会和生产企业面临的严峻问题。并且由于疲劳破坏的产生具有隐蔽性和突然性,往往没有很明显的征兆,易造成巨大的损失。因此开展发动机结构系统瞬态响应分析的研究,及时发现发动机主要结构件的强度问题和疲劳问题,对于提高发动机工作的可靠性具有重要意义。 本文以某单缸大排量发动机为研究对象,结合发动机的结构组成和工作特点,综合考虑计算精度和求解时间这个建模的根本问题,建立了发动机机体组件、曲柄连杆机构、平衡轴和动力总成悬置系统的瞬态响应分析有限元模型,进行了发动机多转速工况的瞬态响应仿真分析,计算了发动机主要零件在这些工况下的动态应力和疲劳寿命,并找到了该发动机的结构强度薄弱环节,提出了有效的改进措施。整篇论文的研究工作和成绩归纳如下: ①论文以滚动轴承及其轴承座的瞬态有限元仿真为例,重点研究了发动机结构系统瞬态有限元分析中,各零件之间动态结合部与静态结合部的有效处理方法,为进行整机的动态仿真奠定了基础; ②论文针对发动机机体整机结构复杂、零件众多的具体情况,从平衡计算时间与计算精度矛盾的角度出发,在确保计算精度的情况下,根据各零件的工作原理与受力情况,对各重要的结构零件与部位进行了详细处理、对次要的部位进行了适当的简化处理,合理建立了各零件之间的连接关系、接触关系、运动关系,最后得到整机的有限元瞬态分析有限元模型; ③论文还针对机体组件为发动机的骨架和核心部件,建立了机体组件模态分析的有限元模型,对其进行了自由模态和约束模态分析,得到了机体组件在自由和约束条件下的固有频率和振型。同时分析了机体组件的模态特征和振型特点,确定了机体的薄弱区域,为后续的瞬态响应分析和疲劳寿命分析提供了一定的指导。 ④在考虑发动机机体组件、曲柄连杆机构、平衡轴和动力总成悬置系统等相互作用的前提下,并根据发动机的各种工况确定了载荷和边界条件,对发动机进行了六种工况、每种工况下含五个工作循环时间的瞬态响应分析,得到了各零部件的动态应力分布情况; ⑤在发动机结构系统瞬态响应分析的基础上,对发动机典型零部件进行了疲劳寿命分析,得到了各零部件在发动机不同转速工况时的疲劳寿命情况; ⑥根据瞬态响应及其疲劳寿命分析的结果,针对发动机中在结构强度方面存在问题的零部件,提出有针对性的改进建议,并通过再分析验证改进方案的可行性。
【关键词】：发动机 有限元 模态分析 瞬态响应分析 疲劳分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 国内外现状10-13
• 1.2.1 国外方面10-11
• 1.2.2 国内方面11-13
• 1.3 本文研究的内容13-15
• 2 零件结合部有限元建模方法探讨15-24
• 2.1 轴承模拟方法的选择15-19
• 2.2 接触单元类型对轴孔接触模型的影响19-21
• 2.3 轴承外圈与轴承座配合关系模型的建立21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 发动机整机有限元模型的建立24-34
• 3.1 机体组件有限元模型的建立24-28
• 3.1.1 缸体、缸头和缸头盖有限元模型的建立24-26
• 3.1.2 曲轴箱、侧盖和右端盖有限元模型的建立26-28
• 3.2 曲柄连杆机构和平衡轴有限元模型的建立28-31
• 3.2.1 曲轴有限元模型的建立28-29
• 3.2.2 连杆有限元模型的建立29-30
• 3.2.3 活塞有限元模型的建立30
• 3.2.4 平衡轴有限元模型的建立30-31
• 3.3 动力总成悬置系统有限元模型的建立31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 发动机机体组件模态分析34-42
• 4.1 机体组件模态分析有限元模型的建立34-35
• 4.2 机体组件自由模态分析35-37
• 4.3 机体组件约束模态分析37-40
• 4.4 模态分析总结40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 5 发动机结构系统瞬态响应分析42-83
• 5.1 发动机结构系统瞬态响应有限元模型的建立42-49
• 5.1.1 边界条件的确定42-43
• 5.1.2 载荷的确定43-47
• 5.1.3 发动机各零部件材料模型的建立47-48
• 5.1.4 阻尼系数的选取48-49
• 5.1.5 计算控制参数选择49
• 5.2 发动机结构系统瞬态响应结果分析49-82
• 5.2.1 机体组件的计算结果分析49-52
• 5.2.2 连杆的计算结果分析52-56
• 5.2.3 曲轴的计算结果分析56-58
• 5.2.4 活塞的计算结果分析58-63
• 5.2.5 平衡轴的计算结果分析63-65
• 5.2.6 支架的计算结果分析65-70
• 5.2.7 橡胶软垫的计算结果分析70-82
• 5.3 本章小结82-83
• 6 发动机典型零部件的疲劳寿命分析83-97
• 6.1 疲劳强度的分析理论基础83-88
• 6.1.1 应变——寿命疲劳分析理论83-86
• 6.1.2 材料对应变历程的响应及疲劳寿命的计算86-88
• 6.2 发动机典型零部件的疲劳强度分析88-96
• 6.2.1 左曲轴箱的疲劳寿命分析88-90
• 6.2.2 右曲轴箱的疲劳寿命分析90-91
• 6.2.3 曲轴的疲劳寿命分析91-92
• 6.2.4 连杆的疲劳寿命分析92-94
• 6.2.5 支架的疲劳寿命分析94-96
• 6.3 本章小结96-97
• 7 结构改进研究97-108
• 7.1 改进方案97-99
• 7.2 改进结构的瞬态响应分析99-104
• 7.2.1 改进前后左曲轴箱分析结果对比99-101
• 7.2.2 改进前后后右支架分析结果对比101-104
• 7.3 改进结构的疲劳强度分析104-107
• 7.3.1 改进前后左曲轴箱分析结果对比104-106
• 7.3.2 改进前后后右支架分析结果对比106-107
• 7.4 本章小结107-108
• 8 结论108-110
• 致谢110-111
• 参考文献111-113
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文113

【参考文献】

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本文编号：309966