基于多体动力学的某型号内燃机曲轴的虚拟疲劳试验研究

发布时间：2022-12-24 00:11

　　曲轴作为内燃机最重要的零件,其主要失效形式是疲劳破坏,如何在设计阶段对曲轴结构开展抗疲劳设计,预估其疲劳强度和全周期疲劳寿命,完成不同结构设计方案的优选,是提高内燃机结构可靠性的重要内容。论文把近年来被广泛认可的虚拟疲劳试验技术应用在曲轴疲劳问题的研究中,以多体动力学理论、疲劳损伤理论和有限元理论为基础,综合应用数值模拟软件对某型号二冲程内燃机曲轴开展虚拟疲劳试验研究。首先,在ADAMS中对曲轴系进行动力学仿真分析。将满载荷工况作为研究工况,建立包含柔性曲轴在内曲轴系整体的刚柔耦合动力学仿真模型,以获取曲轴疲劳分析所需的模态坐标时间载荷历程;其次,应用ANSYS对曲轴进行模态分析,确定其各阶固有频率与振型,结合计算得到的曲轴对应工况下的工作频率,确定应用模态应力恢复理论对曲轴进行全周期疲劳寿命计算。此外提取多体动力学仿真获得的动态边界条件,对曲轴进行瞬态强度计算,得到每个载荷步对应的应力信息;最后,对曲轴的疲劳强度和寿命进行预估分析。先从理论上预估得到曲轴材料的S-N曲线,根据曲轴的结构特征计算确定其疲劳综合影响系数,结合瞬态强度计算的结果得到其疲劳安全系数,完成曲轴疲劳强度的评估。并... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究发展概况
        1.2.1 虚拟疲劳试验技术研究现状
        1.2.2 曲轴疲劳强度研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 虚拟疲劳试验技术理论基础
    2.1 疲劳损伤计算理论基础
        2.1.1 名义应力法概述
        2.1.2 Miner线性疲劳损伤累积法则
        2.1.3 材料S-N曲线的基本概念
        2.1.4 模态应力恢复算法
    2.2 基于MSR法的多体动力学求解
        2.2.1 ADAMS建模基本理论
        2.2.2 ADAMS中多体动力学计算的理论基础
    2.3 基于MSR法的曲轴全周期疲劳寿命评估
        2.3.1 曲轴疲劳损伤累积的过程
        2.3.2 曲轴的虚拟疲劳试验路线
    本章小结
第三章 曲轴系多体动力学仿真分析
    3.1 曲轴系CAD建模
    3.2 多体动力学模型的建立
        3.2.1 定义零部件的材料属性
        3.2.2 确定曲轴系运动副类型
        3.2.3 气体力的施加过程
    3.3 多刚体动力学分析
        3.3.1 活塞的运动特性分析
        3.3.2 侧推力分析
        3.3.3 曲柄销受力分析
    3.4 曲轴的刚柔耦合替换
        3.4.1 柔性体模型的建立
        3.4.2 柔性体的生成与替换
    3.5 替换前后曲轴受力对比分析
    本章小结
第四章 曲轴有限元模态分析与强度计算
    4.1 曲轴有限元模态分析
        4.1.1 模态分析的理论基础
        4.1.2 曲轴模态计算结果分析
    4.2 疲劳分析方法的选择
    4.3 曲轴动态应力的计算
        4.3.1 曲轴强度的瞬态计算
        4.3.2 曲轴瞬态计算结果分析
    本章小结
第五章 曲轴疲劳强度的预估分析
    5.1 材料S-N曲线的理论估算
        5.1.1 疲劳极限的计算
        5.1.2 各参数值的计算
    5.2 曲轴疲劳综合影响系数的确定
        5.2.1 疲劳综合影响系数及各参数概述
        5.2.2 疲劳综合影响系数的计算
    5.3 安全系数的确定
        5.3.1 静强度安全系数的计算
        5.3.2 疲劳安全系数的计算
    5.4 全周期疲劳寿命的评估计算
        5.4.1 全周期疲劳寿命计算的设置
        5.4.2 疲劳寿命计算结果分析
    5.5 曲轴疲劳寿命的影响因素分析
        5.5.1 过渡圆角的影响
        5.5.2 表面粗糙度的影响
        5.5.3 不同强化方法的影响
    本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 存在的不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]疲劳寿命预测频域方法分析与比较[J]. 林明,谢里阳.  失效分析与预防. 2016(05)
[2]虚拟样机技术及虚拟样机试验[J]. 常文泰,张冉,王利华,张雷刚.  软件. 2016(07)
[3]金属材料多轴非比例低周疲劳寿命预测概述[J]. 吴昊,仲政.  力学季刊. 2016(02)
[4]曲轴疲劳寿命的有限元和多体动力学联合仿真研究[J]. 崔广军.  机械强度. 2016(02)
[5]低速柴油机机体组强度及疲劳寿命分析[J]. 甘伟,陈飞.  科技通报. 2016(02)
[6]典型构件疲劳性能S-N曲线的获取及应用[J]. 解放.  机械设计. 2015(04)
[7]内燃机曲轴强度的现状和发展[J]. 王琛.  科技创新与应用. 2014(18)
[8]基于nCode Design-Life的某车架疲劳可靠性分析[J]. 李成林,宋莎莎,韩振南.  图学学报. 2014(01)
[9]ANSYS软件在结构模态分析中的应用[J]. 王宇,刘凯,林永龙.  机电工程技术. 2013(09)
[10]基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳强度与寿命分析[J]. 黄映云,高浩鹏,刘鹏.  海军工程大学学报. 2012(05)

博士论文
[1]非公路宽体矿用自卸车车架结构失效分析及疲劳寿命预测[D]. 郑森.吉林大学 2015
[2]大型结构件的疲劳寿命预测方法研究[D]. 黄宁.中南大学 2013
[3]基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测[D]. 李晓峰.大连交通大学 2008



本文编号：3725670