发动机曲轴扭转振动及其疲劳分析

发布时间：2017-08-01 12:30

  本文关键词：发动机曲轴扭转振动及其疲劳分析

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【摘要】：曲轴作为发动机的重要部件之一,其振动问题一直以来是人们研究的热点与难点,曲轴系统的扭转振动更是作为机械振动学科的一个分支,是内燃机动力学的重要研究内容。随着发动机技术的发展以及越来越高的综合性能要求,对发动机NVH性能的改善变得尤为突出,本课题正是基于这样的研究背景,对曲轴扭转振动及其疲劳寿命进行了深入的研究,具体内容体现如下:(1)利用UG软件建立12v150曲轴的三维实体模型,利用软件的模型分析功能确定了所建立的实体模型的材料特征参数和质量特征参数。在此基础上,结合曲轴扭转振动的模型简化原则和方法,建立了曲轴扭转振动多自由度集中参数模型。(2)曲轴扭转振动自由振动的分析与研究,根据达朗贝尔原理建立曲轴自由振动的微分方程,利用传递矩阵数值计算方法对微分方程组进行自由振动分析,获得各阶的固有频率和各质量的相对振幅及其主振型图,为后面的曲轴强迫振动研究分析奠定基础。(3)激振源的简谐分析,利用傅里叶变换法对主要引起曲轴扭振的气体爆发压力和往复惯性力进行简谐分析,得到引起扭振的各谐次的干扰力矩,以及临界转速和及应考虑的简谐次数的范围分析。(4)曲轴扭转振动强迫振动响应分析,根据达朗贝尔原理建立曲轴强迫振动的微分方程,利用MATLAB软件实现矩阵变换数值分析法对曲轴扭转振动强迫振动的响应分析,获得各质量的相对振幅及其主振型图,分析曲轴在干扰力矩下的强迫振动响应情况。(5)曲轴系统的扭转振动控制,设计曲轴系统的硅油扭转减振器,通过对减振器性能的仿真分析,得到曲轴振动响应结果。通过与无减振器曲轴扭转振动强迫振动响应对比分析,评价所设计的曲轴扭转减振器的减振效果。(6)曲轴的疲劳强度研究分析,利用ANSYS软件对曲轴进行瞬态应力分析,在仿真出激振载荷作用下曲轴应力与应变结果的基础上,利用Fe-safe软件对曲轴的扭转疲劳进行仿真分析,得到在标况下曲轴的疲劳情况,为曲轴扭振疲劳分析提供了一种仿真研究的方法。
【关键词】：发动机曲轴 集中参数模型 扭转振动 疲劳
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-20
• 1.2.1 曲轴扭转振动研究11-13
• 1.2.2 扭振分析计算模型及数值计算方法研究13-18
• 1.2.3 曲轴扭转疲劳研究方法及现状18-20
• 1.3 研究的主要内容20-22
• 第二章 曲轴扭振模型的建立及其参数的确定22-29
• 2.1 曲轴实体模型的建立22-24
• 2.2 模型参数的确定24-27
• 2.3 集中参数模型建立27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 曲轴扭转振动分析29-57
• 3.1 自由振动分析29-36
• 3.1.1 自由振动数学模型的建立29-31
• 3.1.2 固有频率及振型图计算31-36
• 3.2 激振源的简谐分析36-48
• 3.2.1 气体的爆发压力引起的激振力矩及其简谐分析36-43
• 3.2.2 往复惯性力所引起的激振力矩分析43-46
• 3.2.3 旋转惯性力分析46
• 3.2.4 临界转速和及应考虑的简谐次数的范围分析46-48
• 3.3 曲轴强迫振动响应分析48-56
• 3.3.1 强迫振动数学模型的建立48-51
• 3.3.2 强迫振动响应分析51-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 曲轴系统扭转振动控制57-71
• 4.1 扭转减振器的设计理论57-60
• 4.2 硅油减振器的设计60-63
• 4.2.1 减振器惯性环转动惯量的确定61
• 4.2.2 最佳阻尼系数的确定61
• 4.2.3 硅油黏性系数的确定61-62
• 4.2.4 减振器散热面积的确定62-63
• 4.3 扭转振动响应对比分析及减振效果评价63-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 曲轴扭转疲劳强度分析71-82
• 5.1 曲轴的扭转疲劳寿命分析71-79
• 5.1.1 曲轴疲劳寿命预测理论71-72
• 5.1.2 曲轴疲劳分析模型的确定72-73
• 5.1.3 瞬态应力分析73-79
• 5.2 曲轴疲劳寿命仿真分析79-82
• 5.3 本章小结82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文88-89
• 致谢89-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈翔;崔志琴;李凯;周威;吴迪;;6V150发动机曲轴的自由模态计算分析[J];机械工程与自动化;2014年01期

2 陈翔;崔志琴;;发动机曲轴轴系扭振技术研究的方法分析[J];机械工程与自动化;2013年06期

3 上官文斌;陈超;段小成;谌宝军;;发动机曲轴系统扭转振动建模与实测分析[J];振动.测试与诊断;2012年04期

4 潘宏侠;黄晋英;郭彦青;孙黎明;;装甲车辆动力传动系统载荷谱测试方法研究[J];振动、测试与诊断;2009年01期

5 郑国世;方劲松;高峻;周念东;郑忠法;;EQB210柴油机曲轴扭振减振器优化设计研究[J];内燃机;2008年05期

6 汤乐超;李骏;卢炳武;李康;;曲轴动态应力模拟及多轴疲劳计算[J];汽车技术;2007年08期

7 杨万里;许敏;潘影影;刘国庆;;发动机曲轴系统动力学数值模拟研究[J];内燃机工程;2006年01期

8 张国庆;黄伯超;浦耿强;王成焘;;基于动力学仿真和有限元分析的曲轴疲劳寿命计算[J];内燃机工程;2006年01期

9 郭振旺,姚辉,陈志忠,王宇业;柴油机曲轴强度的三维有限元分析[J];柴油机;2005年03期

10 段秀兵,郝志勇,岳东鹏,宋宝安;汽车发动机曲轴扭振的多体动力学分析[J];汽车工程;2005年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 汪萌生;柴油机硅油减振器减振机理及匹配仿真技术研究[D];武汉理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 吴迪;发动机曲轴轴承系统弹性流体润滑分析及曲轴强度研究[D];中北大学;2015年

2 陈翔;基于虚拟样机技术的曲轴轴系多体动力学研究及扭振分析[D];中北大学;2014年

3 史建祥;柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究[D];中北大学;2013年

4 张兆强;基于多体动力学的柴油机振动分析及曲轴的疲劳分析[D];西南交通大学;2012年

5 薛继凯;基于有限元和多体动力学的柴油机曲轴系仿真分析[D];大连理工大学;2011年

6 张畅;抓斗卸船机关键零部件载荷谱及寿命评估[D];上海交通大学;2010年

7 刘涛;内燃机曲轴强度计算[D];山东大学;2008年

8 杨y;汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制[D];重庆大学;2005年

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本文编号：604272