柴油机连杆高周疲劳寿命预测方法研究

发布时间：2017-09-16 21:21

  本文关键词：柴油机连杆高周疲劳寿命预测方法研究

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【摘要】：随着科技和经济的不断发展，柴油发动机向着高强化、高功率密度方向发展，因此人们对柴油机的使用寿命提出了更高的要求。连杆作为发动机核心零部件，其疲劳破坏占自身故障比例约为60%～90%。因此在设计初期阶段，通过有限元仿真结合疲劳寿命预测模型对连杆的工作寿命进行预测，，可以保证其具有较高的抗疲劳性能。连杆不同的疲劳破坏位置会产生不同的应力状态，可能为单轴应力状态，也可能为多轴应力状态，因此在建立疲劳损伤寿命预测模型时，需要根据应力状态的不同选择合适的损伤参量。针对这一问题，本文通过对连杆进行瞬态动力学分析，得到疲劳危险部位考察点的应力时间历程曲线，并判断其应力状态；采用理论与试验相结合的方法，通过7种损伤参量对试件在单轴和多轴应力时预测的循环次数与试验值对比，得到在不同应力状态下相应的疲劳损伤寿命预测模型；根据由标准试件得到的寿命预测模型结论，结合连杆应力寿命曲线及累积损伤理论，对连杆不同危险部位进行寿命计算。具体研究工作如下： （1）建立了包含连杆、活塞销、曲柄销、衬套、轴瓦、螺栓等主要零部件的有限元模型，利用瞬态动力学分析方法，得到连杆危险部位考察节点的应力-时间历程曲线；采用多轴应力判断准则，分析了连杆考察部位的应力状态，分析表明连杆杆身部位是单轴应力状态，连杆小头油孔、小头和大头与杆身过渡部位、大头盖螺栓沉孔等部位为典型的多轴应力状态。该给论为后续疲劳损伤寿命预测模型的选择提供了理论依据。 （2）借助标准试件试验结果，利用有限元模拟试件在不同加载情况下的应力状态，以Basquin公式为基础，选取7种损伤参量，绝对值最大主应力、最大主应力、带符号等效应力、等效应力、剪应力、带符号剪应力和临界面参量，分别对试验件进行寿命预测。将得到的结果与试验值进行对比分析，找到了能够合理预测单轴、多轴的高周疲劳损伤寿命预测模型。结论为在单轴应力状态时宜采用绝对值最大主应力参量的损伤寿命预测模型，在多轴应力状态时宜采用临界面参量的损伤寿命预测模型进行寿命计算。 （3）根据（2）中的结论，对连杆杆身部位采用绝对值最大主应力损伤参量进行寿命预测，对连杆其他部位采用临界面损伤参量进行寿命预测，预测过程中考虑到尺寸效应、表面加工状态等影响，将材料的应力寿命曲线修正为能够适用于连杆分析的应力寿命曲线。最终得到连杆工作时最危险的部位出现在小头与杆身过渡凹槽处。
【关键词】：柴油机连杆 高周疲劳 损伤参量 寿命预测
【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4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 疲劳国内外研究现状11-18
• 1.2.1 材料疲劳国内外研究现状11-15
• 1.2.2 连杆疲劳国内外研究现状15-18
• 1.3 本文的研究内容18-21
• 第二章 疲劳寿命预测方法21-34
• 2.1 疲劳分类21-22
• 2.2 现行的疲劳寿命设计方法22-30
• 2.2.1 名义应力法23-24
• 2.2.2 局部应力应变法24-27
• 2.2.3 能量法27-28
• 2.2.4 损伤容限法28
• 2.2.5 临界面法28-30
• 2.3 疲劳累积损伤理论30-33
• 2.3.1 线性疲劳累积损伤理论30-31
• 2.3.2 双线性疲劳累积损伤理论31-32
• 2.3.3 非线性疲劳累积损伤理论32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 连杆瞬态有限元仿真分析34-49
• 3.1 连杆组模型建立34-35
• 3.2 网格划分35-36
• 3.3 初始边界条件的建立36-40
• 3.3.1 载荷边界条件36-39
• 3.3.2 约束边界条件39
• 3.3.3 接触边界条件39-40
• 3.4 载荷步设置40-42
• 3.5 连杆组瞬态仿真分析42-45
• 3.6 连杆考察部位应力状态确定45-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第四章 疲劳损伤寿命预测模型研究49-63
• 4.1 损伤参量选取49-52
• 4.2 标准试件有限元瞬态分析52-56
• 4.2.1 模型建立52-53
• 4.2.2 载荷及约束边界条件53-55
• 4.2.3 有限元瞬态计算55-56
• 4.3 不同损伤参量下试件寿命预测及分析56-62
• 4.3.1 材料疲劳特性参数56-57
• 4.3.2 不同疲劳寿命方法预测值与试验值比较57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 连杆疲劳寿命预测63-73
• 5.1 材料 S-N 曲线获取及修正63-68
• 5.2 平均应力修正68-69
• 5.3 连杆考察部位寿命预测69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 全文总结和展望73-75
• 6.1 全文总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果79-80
• 致谢80-81

【参考文献】

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本文编号：865495