柴油机曲轴的疲劳分析与优化设计

发布时间：2017-08-26 09:12

  本文关键词：柴油机曲轴的疲劳分析与优化设计

  更多相关文章： 曲轴 应力 模态分析 多体动力学 疲劳寿命 优化

【摘要】：曲轴是柴油机主要的组成部件。活塞通过连杆将力作用在曲轴上,曲轴将其转变为转矩并输出,来驱动柴油机上其它附件工作,其性能的优劣将直接影响发动机的工作寿命。曲轴在工作过程中的受力情况复杂,受到旋转质量的离心力、周期变化的气体压力和往复惯性力一起作用产生的弯曲扭转载荷。所以,对曲轴进行动态特性及强度分析和疲劳寿命计算具有重要的意义。本文以495柴油机曲轴为研究对象,通过结构静力分析和动态仿真,对曲轴进行了疲劳分析和优化设计。首先利用三维建模软件UG建立了曲轴模型,并生成了ADAMS动力学仿真所需要的曲柄连杆机构装配模型。其次,利用Hypermesh对曲轴划分网格,得到曲轴的有限元模型。将有限元模型导入ANSYS中进行结构静力分析和模态分析,得到曲轴在最大载荷条件下的应力值和位移值及曲轴的固有频率,同时输出ADAMS仿真所需要的曲轴柔性体文件。然后,利用动力学仿真软件ADAMS对曲轴进行刚柔耦合动力学仿真,得到疲劳寿命分析需要的曲轴运动载荷谱文件。最后,根据有限元静力分析结果文件和载荷谱文件,设置材料参数,利用n Code疲劳分析软件创建曲轴疲劳分析模型,计算出曲轴的疲劳寿命及最容易发生疲劳破坏的区域。利用ANSYS对曲轴的相关尺寸进行优化设计,得出优化方案,并对优化后的曲轴进行验证。
【关键词】：曲轴 应力 模态分析 多体动力学 疲劳寿命 优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 论文的研究目的和意义9
• 1.2 国内外的研究现状9-12
• 1.3 本文主要研究内容12-15
• 第2章 曲柄连杆机构的受力分析与建模15-25
• 2.1 曲柄连杆机构的受力分析15-21
• 2.1.1 活塞受力分析16-17
• 2.1.2 连杆受力分析17-21
• 2.2 曲柄连杆机构的建模21-23
• 2.2.1 曲轴建模思路21
• 2.2.2 曲轴三维模型建立21-22
• 2.2.3 曲柄连杆机构的装配22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 第3章 曲轴的结构静力分析和模态分析25-43
• 3.1 曲轴模型的网格划分25-26
• 3.1.1 曲轴三维模型的导入25
• 3.1.2 单元类型的选择25
• 3.1.3 曲轴的网格划分和单元质量检验25-26
• 3.2 曲轴的结构静力分析26-33
• 3.2.1 曲轴材料参数设定27
• 3.2.2 载荷状况分析27
• 3.2.3 边界条件的处理27-31
• 3.2.4 曲轴静力分析结果31-33
• 3.3 曲轴的模态分析33-40
• 3.3.1 曲轴模态分析的意义33
• 3.3.2 模态分析理论33-34
• 3.3.3 曲轴模态计算与结果分析34-40
• 3.4 本章小结40-43
• 第4章 基于Adams的刚柔耦合动力学仿真43-55
• 4.1 动力学分析理论43-48
• 4.1.1 多体系统建模理论43-44
• 4.1.2 多体系统动力学数值求解44-48
• 4.2 刚柔耦合仿真模型的建立48-51
• 4.2.1 生成曲轴柔性体48-49
• 4.2.2 建立刚柔耦合仿真模型49-51
• 4.3 刚柔耦合动力学仿真分析51-54
• 4.3.1 活塞运动特性分析51-52
• 4.3.2 曲轴连杆轴颈受力分析52-53
• 4.3.3 柔性体曲轴应力分析53-54
• 4.3.4 载荷谱的输出54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 曲轴的疲劳分析55-63
• 5.1 疲劳分析简介55-56
• 5.1.1 疲劳的定义和分类55-56
• 5.1.2 疲劳的影响因素56
• 5.2 曲轴的疲劳分析56-61
• 5.2.1 曲轴疲劳分析的基本步骤56-58
• 5.2.2 创建分析环境58-60
• 5.2.3 疲劳结果分析60-61
• 5.3 本章小结61-63
• 第6章 柴油机曲轴的优化设计63-71
• 6.1 ANSYS优化设计介绍63-64
• 6.1.1 优化设计基本概念63-64
• 6.1.2 优化设计步骤64
• 6.2 曲轴的优化64-69
• 6.2.1 曲轴参数化模型的建立64-65
• 6.2.2 定义优化变量65-66
• 6.2.3 曲轴的优化计算及验证66-69
• 6.3 本章小结69-71
• 第7章 总结与展望71-73
• 7.1 全文总结71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 作者简介77-79
• 致谢79

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本文编号：740803