某柴油机部件减重优化和强度分析

发布时间：2021-06-18 14:01

　　生产与使用上的经济性一直是现代动力机械的发展主题,产品设计开发过程中对结构进行减重设计是动力机械研制过程中的重要工作之一。目前主流的减重手段一种是使用更轻的新型复合材料,但是此举会提高生产的成本;另一种是对结构进行合理的重新设计,使得结构达到最优的材料使用率。因此第二种方法成为了目前在工程设计领域应用相对较多的方法。本文的研究对象为某公司新型柴油机,以有限元和优化设计的理论方法为基础,对此柴油机机体、连接箱、自由端支架三个部件进行减重分析,以提高结构材料更优的使用效率,降低生产成本。并在减重过程中对工作在环境恶劣区域的结构进行优化设计,减少应力集中。由于柴油机在运转工况下的工作状态最恶劣,因此本次仅研究柴油机在运转工况下各结构的静力学状态。首先本研究应用ANSYS仿真软件并结合结构静力学有关理论,对柴油机部件进行初始静力学分析,根据得到的各结构应力与形变云图,得到结构的应力与形变值并检验了其强度在安全范围之内,得到机体、连接箱、自由端支架还可以进一步减重优化。其次运用拓扑优化原理建立结构的优化模型,根据优化的结果对结构进行修改,得到优化后的各结构的三维模型。最后在ANSYS软件中对优化... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 国内外的研究现状
        1.2.1 国外的研究现状
        1.2.2 国内的研究现状
    1.3 本研究主要的内容和方法
        1.3.1 内容和需要解决的问题
        1.3.2 本课题研究方法及技术路线
    1.4 本章小结
2 建立柴油机部件有限元模型
    2.1 有限元分析的基本理论
        2.1.1 有限元法的介绍
        2.1.2 应力与形变
        2.1.3 弹性原理
        2.1.4 变分原理和里兹法
    2.2 创建实体模型
        2.2.1 Creo软件介绍
        2.2.2 实体模型的创建
    2.3 创建有限元模型
        2.3.1 ANSYSWorkbench介绍
        2.3.2 设置材料的属性
        2.3.4 划分网格
    2.4 本章小结
3 柴油机部件初始静力学分析
    3.1 部件载荷约束的确定
        3.1.1 机体边界与载荷约束的确定
        3.1.2 连接箱边界与载荷约束的确定
        3.1.3 自由端支架边界与载荷约束的确定
    3.2 部件初始静力学分析
        3.2.1 机体初始静力学分析
        3.2.2 连接箱初始静力学分析
        3.2.3 自由端支架初始静力学分析
    3.3 柴油机部件强度校核
    3.4 本章小结
4 柴油机部件结构的减重优化
    4.1 结构优化的基本理论
        4.1.1 极值理论
        4.1.2 数学模型
        4.1.3 优化设计的准则
    4.2 选择结构优化的类型
        4.2.1 现有的结构优化类型
        4.2.2 拓扑优化的方法论
    4.3 结构优化的灵敏度分析
        4.3.1 全局差分法
        4.3.2 半解析法
    4.4 部件结构的改进
        4.4.1 机体结构的改进
        4.4.2 连接箱结构的改进
        4.4.3 自由端支架结构的改进
    4.5 部件结构优化后的验证
        4.5.1 机体优化后的强度验证
        4.5.2 连接箱优化后的强度验证
        4.5.3 自由端支架优化后的强度验证
    4.6 本章小结
5 结论及展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的除草机车架轻量化研究[J]. 周方思,李立君,欧阳益斌.  林业工程学报. 2017(06)
[2]基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计[J]. 沈伟,廖敏,王强,王霜,易军,王川东,何旭.  农机化研究. 2018(04)
[3]拓扑优化与尺寸优化相结合的割草车车架轻量化设计[J]. 陈远帆,李舜酩,苏玉青.  重庆理工大学学报(自然科学). 2017(01)
[4]12V240H型柴油机连接箱改进设计与有限元计算分析[J]. 殷玉龙,孟浩.  铁道机车与动车. 2015(04)
[5]基于有限元的柴油机连接箱优化设计[J]. 罗威.  内燃机与配件. 2014(07)
[6]吉利4D20轿车柴油机轻量化技术应用研究[J]. 袁兆成,赵福全,董仁,方舟.  汽车技术. 2010(06)
[7]基于ANSYS对塑料齿轮的结构静力学分析[J]. 郑正,雷君相,罗宇舟.  制造业自动化. 2010(05)
[8]浅谈虚功原理的应用[J]. 李近.  中国科技信息. 2009(24)
[9]ANSYS三维实体单元与板壳单元的组合建模研究[J]. 谢元丕,冯刚.  机械设计. 2009(04)
[10]ANSYS中网格划分方法研究[J]. 李庆龄.  上海电机学院学报. 2006(05)

硕士论文
[1]基于ANSYS Workbench的电动城市客车车架轻量化研究[D]. 万明磊.青岛大学 2015
[2]12V240ZJH柴油机机体有限元强度分析[D]. 殷龙.大连交通大学 2015
[3]8L265柴油机机体强度有限元计算及优化[D]. 丁义峰.大连理工大学 2015
[4]三段式客车车架的CAE分析及减重优化研究[D]. 马聪承.华南理工大学 2009
[5]LJ465Q-2A汽油发动机机体结构有限元分析与增压强化设计[D]. 范长伟.广西大学 2008
[6]3100柴油机机体有限元分析[D]. 王伟林.天津大学 2007
[7]重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究[D]. 王皎.武汉理工大学 2005
[8]CY4102BZQ柴油机机体结构强度评估[D]. 谢福林.天津大学 2003



本文编号：3236790