曲轴电磁感应淬火仿真及疲劳特性预测方法研究
发布时间：2021-07-28 17:57
曲轴作为发动机的重要零部件之一,其在工作时受到来自多个方面的载荷,工作环境恶劣,曲轴的油孔、连杆轴颈过渡圆角等位置的应力集中现象严重,常常导致曲轴发生断裂。对于如何在设计阶段之初就能预测曲轴经感应淬火强化后的疲劳强度极限,是本文研究的初衷。本文基于电磁感应淬火技术及其基本理论,利用有限元分析法模拟了国内某款柴油机曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁感应表面淬火过程,采用不同的疲劳损伤模型对经感应淬火后曲轴疲劳极限载荷进行预测,并进行试验验证。本文以国内某款柴油机曲轴为研究对象,围绕曲轴电磁感应淬火仿真及疲劳特性预测方法两方面进行研究。主要研究内容包括:（1）运用Altair Flux电磁热耦合仿真软件,模拟曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁感应表面淬火加热过程,计算得到曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁场与温度场。（2）在进行冷却液冷却模拟过程中,施加的载荷是淬火加热结束时刻的温度场,仿真得到冷却液快速冷却阶段的温度场。（3）利用热力耦合有限元软件ABAQUS模拟空气中长时间冷却过程以及空冷后残留在曲轴中的残余应力场。将冷却液冷却结束时刻的温度场作为初始载荷,得到曲轴在空气中长时间冷却的温度场,再将...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某曲轴弯曲疲劳破坏实例（左）和疲劳辉纹断口形貌（右）
本文研究的主要技术路线
9集肤效应，也称为趋肤效应，是指当交变电流通过导体时，电流集中在导体很薄的表层区域，导体内部的电流密度很校以圆截面导体为例，越靠近导体中心处，受到外面磁力线产生的自感电动势越大，越靠近导体表面则不怎么受磁力线的影响，产生的自感电动势较小，这就导致靠近导体表面的电流密度较大。同样地，两根靠得比较近的导体之间则会产生邻近效应，原理与集肤效应一致。集肤效应的强度可用电磁波在导体内渗入的趋肤深度表示：2ef=(2-5)式(2-5)中：为材料密度，为电流频率，为相对磁导率。由式(2-5)可知，趋肤深度与电流频率成反比，如图2-1所示，频率越高，趋肤深度越小，频率越低，趋肤深度越大。图2-1趋肤效应在高频与低频感应加热的不同表现Fig.2-1Differentrepresentationofskineffectinhighfrequencyandlowfrequencyinductionheating2.1.3电磁感应表面淬火的电磁场解法电磁感应加热过程中涉及到电磁热等多个物理场的耦合，麦克斯韦方程组是描述电磁场的关键方程式，包括四个定律：高斯电场定律、法拉第定律、高斯磁场定律与安培-麦克斯韦定律[51]，分别描述了静电场，变电场，静磁场，变磁场的状态。积分形式：0VVQEda=(2-6)SSdEdlBdadt=墈(2-7)0VBda=(2-8)0S00SSdBdlIEdadt=+(2-9)微分形式：0qE=(2-10)
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用缺口件进行曲轴疲劳分析的可行性研究[J]. 李建锋,钟剑锋,孙嵩松,刘震涛. 机电工程. 2018(08)
[2]基于中频淬火工艺模拟的曲轴疲劳极限载荷预测研究[J]. 察博文,陈晓平,王骥. 热加工工艺. 2018(06)
[3]汽车轻量化先进焊接技术研究进展[J]. 李报,陈思杰,赵丕峰. 热加工工艺. 2018(03)
[4]感应淬火对38MnVS6曲轴弯曲疲劳性能的影响[J]. 任俊成,李勇,衡俐琼,李欣,付益平. 汽车工艺与材料. 2018(01)
[5]基于现代试验技术的小排量发动机曲轴疲劳强度的试验研究[J]. 朱正德. 汽车技术. 2017(09)
[6]发动机曲轴多体动力学仿真分析[J]. 王小毓,王彤宇. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析[J]. 常丽,田俊龙. 车用发动机. 2017(02)
[8]基于多体动力学的曲轴疲劳强度分析[J]. 廖吉华,程仁庆,黄伟,王永康,阮晓芳. 机电工程技术. 2016(11)
[9]基于多体动力学的曲轴疲劳强度分析[J]. 昂金凤,胡昌良,李波,谈健,孙影. 汽车零部件. 2016(08)
[10]基于多轴疲劳理论的曲轴结构等效疲劳研究[J]. 孙嵩松,俞小莉,李建锋. 汽车工程. 2016(08)
博士论文
[1]钢曲轴结构疲劳特性预测方法研究[D]. 孙嵩松.浙江大学 2017
[2]曲轴电磁感应淬火强化影响数值模拟研究[D]. 李继山.北京理工大学 2015
[3]发动机机体疲劳可靠性模拟试验基础问题研究[D]. 张鹏伟.浙江大学 2012
[4]发动机曲轴疲劳极限载荷预测方法研究[D]. 陈晓平.浙江大学 2011
硕士论文
[1]曲轴电磁感应淬火及材料力学性能预测模拟研究[D]. 李宗键.北京理工大学 2016
[2]时域内位移激励下的构架疲劳寿命分析[D]. 徐步震.西南交通大学 2015
[3]曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及其对圆角应力影响的研究[D]. 龚玉霞.中北大学 2012
本文编号：3308371
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某曲轴弯曲疲劳破坏实例（左）和疲劳辉纹断口形貌（右）
本文研究的主要技术路线
9集肤效应，也称为趋肤效应，是指当交变电流通过导体时，电流集中在导体很薄的表层区域，导体内部的电流密度很校以圆截面导体为例，越靠近导体中心处，受到外面磁力线产生的自感电动势越大，越靠近导体表面则不怎么受磁力线的影响，产生的自感电动势较小，这就导致靠近导体表面的电流密度较大。同样地，两根靠得比较近的导体之间则会产生邻近效应，原理与集肤效应一致。集肤效应的强度可用电磁波在导体内渗入的趋肤深度表示：2ef=(2-5)式(2-5)中：为材料密度，为电流频率，为相对磁导率。由式(2-5)可知，趋肤深度与电流频率成反比，如图2-1所示，频率越高，趋肤深度越小，频率越低，趋肤深度越大。图2-1趋肤效应在高频与低频感应加热的不同表现Fig.2-1Differentrepresentationofskineffectinhighfrequencyandlowfrequencyinductionheating2.1.3电磁感应表面淬火的电磁场解法电磁感应加热过程中涉及到电磁热等多个物理场的耦合，麦克斯韦方程组是描述电磁场的关键方程式，包括四个定律：高斯电场定律、法拉第定律、高斯磁场定律与安培-麦克斯韦定律[51]，分别描述了静电场，变电场，静磁场，变磁场的状态。积分形式：0VVQEda=(2-6)SSdEdlBdadt=墈(2-7)0VBda=(2-8)0S00SSdBdlIEdadt=+(2-9)微分形式：0qE=(2-10)
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用缺口件进行曲轴疲劳分析的可行性研究[J]. 李建锋,钟剑锋,孙嵩松,刘震涛. 机电工程. 2018(08)
[2]基于中频淬火工艺模拟的曲轴疲劳极限载荷预测研究[J]. 察博文,陈晓平,王骥. 热加工工艺. 2018(06)
[3]汽车轻量化先进焊接技术研究进展[J]. 李报,陈思杰,赵丕峰. 热加工工艺. 2018(03)
[4]感应淬火对38MnVS6曲轴弯曲疲劳性能的影响[J]. 任俊成,李勇,衡俐琼,李欣,付益平. 汽车工艺与材料. 2018(01)
[5]基于现代试验技术的小排量发动机曲轴疲劳强度的试验研究[J]. 朱正德. 汽车技术. 2017(09)
[6]发动机曲轴多体动力学仿真分析[J]. 王小毓,王彤宇. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析[J]. 常丽,田俊龙. 车用发动机. 2017(02)
[8]基于多体动力学的曲轴疲劳强度分析[J]. 廖吉华,程仁庆,黄伟,王永康,阮晓芳. 机电工程技术. 2016(11)
[9]基于多体动力学的曲轴疲劳强度分析[J]. 昂金凤,胡昌良,李波,谈健,孙影. 汽车零部件. 2016(08)
[10]基于多轴疲劳理论的曲轴结构等效疲劳研究[J]. 孙嵩松,俞小莉,李建锋. 汽车工程. 2016(08)
博士论文
[1]钢曲轴结构疲劳特性预测方法研究[D]. 孙嵩松.浙江大学 2017
[2]曲轴电磁感应淬火强化影响数值模拟研究[D]. 李继山.北京理工大学 2015
[3]发动机机体疲劳可靠性模拟试验基础问题研究[D]. 张鹏伟.浙江大学 2012
[4]发动机曲轴疲劳极限载荷预测方法研究[D]. 陈晓平.浙江大学 2011
硕士论文
[1]曲轴电磁感应淬火及材料力学性能预测模拟研究[D]. 李宗键.北京理工大学 2016
[2]时域内位移激励下的构架疲劳寿命分析[D]. 徐步震.西南交通大学 2015
[3]曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及其对圆角应力影响的研究[D]. 龚玉霞.中北大学 2012
本文编号：3308371
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