8L265柴油机曲轴疲劳强度分析及裂纹研究

发布时间：2017-08-20 00:29

  本文关键词：8L265柴油机曲轴疲劳强度分析及裂纹研究

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【摘要】：曲轴是柴油机中受力最复杂的零件之一,它承受着气缸内气体的作用力、活塞连杆组往复运动质量惯性力和旋转质量惯性力,还承受着扭转振动以及弯曲振动。因此,在曲轴中存在着交变的弯曲应力和扭转应力,可能引起曲轴的疲劳失效,而且曲轴的失效轻则停工停机,重则整机损坏,甚至造成人身伤害。所以,如何准确地得到曲轴内部应力、应变的大小以及分布情况对于曲轴的设计、改进和优化具有重要的意义。本文主要以8L265柴油机的曲轴为研究对象,运用Pro/E软件对曲轴的整体进行了符合实际情况的建模,然后导入到有限元分析软件ANSYS-Workbench中对其进行有限元分析,研究了整体曲轴的变形情况及应力分布情况,并对交变载荷作用下的曲轴进行了疲劳强度校核。同时以曲轴的单拐模型为研究对象对比了简化前后应力的大小以及变形情况的变化,此外还研究了轴颈过渡圆角处半径,轴颈过渡圆角形状以及曲柄臂厚度等结构参数对应力集中效应的影响。为了研究裂纹对曲轴模态参数的影响,本文还对曲轴的整体模型进行了自由模态分析,并在此基础上研究了不同深度、不同位置的横向裂纹对曲轴模态参数的影响,并对结果进行分析。结果表明曲轴的各阶固有频率都是随着裂纹深度的加深而降低,但降低的幅度略有不同。经上述分析计算,可得出一些有价值的结论,为实现曲轴裂纹的动态检测及诊断提供参考及理论依据。
【关键词】：柴油机 曲轴 有限元 疲劳强度 裂纹 模态分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题的背景和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-15
• 1.2.1 曲轴的主要损坏形式8-9
• 1.2.2 曲轴强度的研究方法9-10
• 1.2.3 曲轴强度的计算方法10-11
• 1.2.4 有限元法在曲轴强度计算中的应用11-14
• 1.2.5 曲轴的模态分析研究14
• 1.2.6 曲轴裂纹故障诊断研究14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 2 曲轴模型的建立17-25
• 2.1 模型的建立及简化17-20
• 2.2 有限元模型的建立20-21
• 2.3 曲柄连杆机构的受力分析21-24
• 2.3.1 曲柄连杆机构的运动计算22
• 2.3.2 曲柄连杆机构的受力分析22-24
• 2.4 本章小节24-25
• 3. 曲轴的静力学分析25-39
• 3.1 载荷的确定25-28
• 3.2 边界条件的确定28-30
• 3.2.1 载荷边界条件的确定28-30
• 3.2.2 位移边界条件的确定30
• 3.3 整体曲轴的计算结果分析30-37
• 3.3.1 应变分析31-32
• 3.3.2 应力分析32-37
• 3.4 曲轴的疲劳强度校核37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4. 曲轴结构参数对应力的影响39-48
• 4.1 模型的建立39-40
• 4.2 边界条件的确定40
• 4.2.1 力学边界条件40
• 4.2.2 位移边界条件40
• 4.3 计算结果分析40-41
• 4.4 结构参数对圆角应力的影响41-47
• 4.4.1 轴颈过渡圆角半径对应力的影响43-45
• 4.4.2 轴颈过渡圆角形状对应力的影响45-46
• 4.4.3 曲柄臂厚度h对应力的影响46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5. 基于动态参数识别裂纹的研究48-65
• 5.1 模态分析48-50
• 5.1.1 模态分析的理论基础48-49
• 5.1.2 裂纹对材料模态参数的影响49-50
• 5.2 裂纹对光轴模态参数的影响50-55
• 5.2.1 模型的建立50-52
• 5.2.2 裂纹深度及位置对模态参数的影响52-55
• 5.3 曲轴模态分析55-60
• 5.3.1 曲轴有限元模型的建立55-56
• 5.3.2 曲轴的模态分析56-60
• 5.4 裂纹对曲轴模态参数的影响60-63
• 5.4.1 曲轴裂纹产生原因及常见形式60
• 5.4.2 裂纹对曲轴模态参数的影响60-63
• 5.5 本章小结63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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1 张俊红;程晓鸣;郑勇;;柴油机曲轴动态疲劳强度分析[J];拖拉机与农用运输车;2005年06期

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本文编号：703779