缸间齿轮联动液压发动机曲柄连杆机构协同优化设计

发布时间：2017-08-17 04:27

  本文关键词：缸间齿轮联动液压发动机曲柄连杆机构协同优化设计

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【摘要】：传统发动机效率低、污染严重催生了缸间齿轮联动液压发动机(Gear-linked Cylinders Hydraulic Engine,GCHE)结构原理的产生,其结构特点:曲轴飞轮组放置于机体一侧,利用缸间齿轮齿条机构。完成动力传递,实现活塞行程控制。和附属系统的驱动。曲柄连杆机构作为发动机的核心主运动部件,有对外做功、驱动附属系统、限制活塞行程等作用,必须对其进行结构优化设计,以达到最佳工作状态。而且单部件的优化无法满足性能需求,必须进行多学科协同优化。首先论述两缸GCHE的结构和工作原理,对其进行受力分析,重点研究了曲柄连杆机构的结构设计,建立结构参数优化模型,以Isight软件为平台,先对连杆、曲轴试验设计及优化,后对连杆曲轴进行协同优化。在此基础之上提出了基于近似模型协同优化方法,构建曲轴连杆优化问题状态变量的近似模型,建立基于近似模型协同优化模型。利用Isight软件集成ANSYS对曲柄和连杆分别进行试验设计,结果表明,所选设计变量对状态变量影响较大,选取合理。对连杆、曲轴分别进行优化,连杆基于序列二次规划法,优化后体积减小26.13%,优化效果显著;曲轴采用下山单纯形算法,优化后体积减小0.96%,设计变量变化幅度较大,通过校验受力分布更加均匀,结构具备合理性。充分考虑曲轴与连杆之间耦合关系,建立曲柄连杆结构多学科协同优化,但计算量大很难实现。在此基础上,提出基于响应面的近似模型优化策略,分别建立连杆、曲轴优化中状态变量的二阶响应面近似模型并评估,模型可信度高,拟合程度高。进行基于响应面的近似模型优化设计,结果表明曲柄连杆机构总体积减少4.49%,优化结果合理。基于响应面的近似模型方法进行协同优化设计可在保证计算精度的同时,有效减少计算工作量,节省计算成本,为缸间齿轮联动液压发动机曲柄连杆机构的性能设计提供了理论依据和技术支撑。
【关键词】：曲轴 连杆 协同优化 响应面近似模型 有限元分析
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK402
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 研究背景及意义6-7
• 1.2 国内外研究现状7-8
• 1.2.1 GCHE研究现状7
• 1.2.2 曲轴连杆机构研究现状7-8
• 1.3 多学科设计优化方法简介8-9
• 1.4 主要研究内容9-12
• 第二章 GCHE结构原理与受力分析12-20
• 2.1 GCHE结构原理12-14
• 2.2 两缸GCHE受力分析14-18
• 2.3 本章小结18-20
• 第三章 GCHE曲柄连杆机构协同优化20-40
• 3.1 GCHE曲轴连杆结构20-25
• 3.1.1 GCHE连杆结构20-22
• 3.1.2 GCHE曲轴结构22-25
• 3.2 GCHE试验设计25-29
• 3.2.1 连杆试验设计26-28
• 3.2.2 曲轴试验设计28-29
• 3.3 GCHE曲轴与连杆优化29-34
• 3.3.1 连杆优化29-32
• 3.3.2 曲轴优化32-34
• 3.4 GCHE曲柄连杆机构协同优化34-39
• 3.4.1 协同优化算法34-36
• 3.4.2 GCHE曲柄连杆机构协同优化模型36-37
• 3.4.3 GCHE曲柄连杆协同优化实现37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 GCHE曲柄连杆机构状态变量近似模型40-50
• 4.1 近似模型方法介绍40-41
• 4.2 响应面方法介绍及评估方法41-43
• 4.2.1 响应面方法41-42
• 4.2.2 响应面模型评估方法42-43
• 4.3 连杆响应面模型43-47
• 4.3.1 模型建立43-45
• 4.3.2 模型检验45-47
• 4.4 曲轴响应面模型47-49
• 4.4.1 模型建立47-48
• 4.4.2 模型检验48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 基于响应面近似模型GCHE曲柄连杆协同优化50-60
• 5.1 基于近似模型的协同优化模型50-51
• 5.2 基于响应面近似模型的GCHE曲柄连杆协同优化模型51-52
• 5.3 模型求解52-55
• 5.4 曲轴连杆优化结果验证55-57
• 5.5 两种CO方法比较57-58
• 5.6 本章小结58-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间的研究成果66-67
• 致谢67-68

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本文编号：687150