某型号柴油机曲轴疲劳寿命分析方法研究

发布时间：2017-08-28 05:20

  本文关键词：某型号柴油机曲轴疲劳寿命分析方法研究

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【摘要】：曲轴是往复活塞式内燃机中成本最高的零件，工作过程中既承受扭转作用又承受弯曲作用，产生疲劳应力状态，最常见的损坏原因是弯曲疲劳破坏。曲轴的疲劳寿命很大程度上影响着内燃机的使用寿命，，因此，对曲轴的疲劳寿命分析方法研究很有必要。 本文先以某弯曲疲劳试件为研究对象，采用有限元分析方法模拟曲轴弯曲疲劳试验的加载方式，通过分析比较3种方案的应力计算结果，确定比较理想的弯矩加载方式：在刚性面主节点处加载弯矩。 再以某4112型柴油机的曲轴为研究对象，建立5种不同单元长度的有限元模型，加载静态弯矩，获取曲轴单拐的静态应力，与试验数据对比，确定了误差最小的曲轴单拐有限元模型。 在此基础上，选取谐振式弯曲疲劳试验正弦加载曲线中的13个数据点，进行瞬态动力学计算，获取了曲轴的瞬态应力；将有限元计算结果导入疲劳寿命分析软件nCodeDesignLife应力疲劳寿命分析模块中，并设置相应的材料疲劳性能参数、载荷历程及损伤参量，进行应力寿命分析，通过采用不同损伤参量计算曲轴的疲劳寿命，并与试验数据对比，得出VonMises等效应力作为损伤参量的计算方法与试验数据在一个数量级，均为106量级，误差因子在1.5倍以内。
【关键词】：曲轴 疲劳寿命 有限元 疲劳试验 误差因子
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 本文的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及动态10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 研究内容及论文章节安排13-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 论文章节安排15-17
• 第2章 疲劳寿命分析基本理论概述17-29
• 2.1 疲劳寿命分析常用术语17-20
• 2.2 线性疲劳累积损伤原则20-22
• 2.3 应力-寿命分析方法简介22-24
• 2.4 影响疲劳寿命的主要因素24-28
• 2.4.1 表面敏感系数25-27
• 2.4.2 平均应力27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 模拟谐振式弯曲疲劳试验29-43
• 3.1 有限元分析理论基础概要29-35
• 3.1.1 弹性力学理论基础29-31
• 3.1.2 弹性力学基本方程31-33
• 3.1.3 关键的单元类型33-35
• 3.2 电动谐振式弯曲疲劳试验机35-36
• 3.2.1 试验机工作原理35-36
• 3.2.2 试验机弯矩载荷标定36
• 3.3 模拟谐振式弯曲疲劳试验弯矩加载36-42
• 3.3.1 设计加载弯矩的方案37-40
• 3.3.2 确定加载弯矩的方案40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 曲轴单拐试件有限元分析43-54
• 4.1 建立几何模型43-45
• 4.1.1 曲轴单拐试件具体尺寸43-44
• 4.1.2 建立曲轴单拐试件的几何模型44-45
• 4.2 建立有限元模型45-48
• 4.2.1 几何实体结构离散45-47
• 4.2.2 施加边界条件47-48
• 4.3 计算并验证有限元模型的合理性48-49
• 4.4 模拟谐振式弯曲疲劳试验载荷49-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 曲轴单拐弯曲疲劳寿命分析54-71
• 5.1 DesignLife 疲劳分析软件简介54-55
• 5.2 曲轴疲劳寿命分析的参数设置55-65
• 5.2.1 输入几何模型56
• 5.2.2 输入载荷数据56-57
• 5.2.3 设置材料属性57-59
• 5.2.4 设置材料表面参数59-60
• 5.2.5 强度理论与损伤参量60-65
• 5.3 曲轴弯曲疲劳试件寿命分析65-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 论文总结71-72
• 6.2 不足与展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间以发表的论文及取得的研究成果77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

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本文编号：747213