基于多体动力学的发动机连杆动态应力计算

发布时间：2017-09-13 21:32

  本文关键词：基于多体动力学的发动机连杆动态应力计算

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【摘要】：作为汽车发动机内最重要的零件之一,连杆承受着由活塞所传递过来的伴随着往复载荷而产生的交变载荷,使它每一个旋转周期中产生拉伸与压缩,并且载荷的大小会因为发动机转速的提高而增大。连杆失效作为汽车发动机破坏性故障最常见的原因之一,通常会对发动机造成不可挽回的破坏。对连杆的可靠性进行全面分析,研究连杆的动态应力具有重要的意义,而多体系统动力学的发展也使得连杆机构进行更精确的动力学仿真分析成为可能。本文通过多体系统动力学仿真技术及有限元仿真技术为主要手段,主要应用了多体动力学仿真软件ADAMS、有限元前处理软件HYPERMESH以及有限元分析软件ABAQUS,以发动机曲柄连杆机构为主要研究对象,计算了连杆的动态应力分布。首先通过连杆系统几何模型,分析其运动情况,根据几何尺寸及典型工况计算出连杆的基本运动参数;通过仿真软件ADAMS建立发动机连杆机构的多刚体动力学模型;通过软件HYPERMESH对连杆结构进行模态分析,得到了连杆的模态数据并生成中性文件用于建立柔性多体动力学模型。基于以上虚拟样机模型分别进行动力学仿真分析,计算连杆在两个发动机运行周期内任意时刻的动态载荷分布,评估柔性多体动力学分析结果的合理性;利用输出的连杆大小端的动态载荷谱文件作为有限元分析的载荷边界条件,利用ABAQUS对连杆进行较为精确的动力学分析,得到其动态应力分布,得到不同转速工况下的应力计算结果,并进行对比分析。通过多刚体模型与刚柔耦合模型的仿真结果对比、典型工况有限元静力分析与动力学分析结果的对比以及不同转速工况下计算结果差值大小的对比,验证了基于柔性多体动力学的连杆动态应力分析的计算结果的精确性,同时动态应力计算结果为连杆的结构优化提供理论依据。
【关键词】：连杆 柔性多体动力学 ADAMS 动态应力
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.133.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题工程背景及意义8-9
• 1.1.1 连杆简介8
• 1.1.2 连杆研究现状8-9
• 1.1.3 连杆动态应力计算的意义9
• 1.2 多体动力学概述9-12
• 1.2.1 多体系统动力学介绍10
• 1.2.2 多体动力学研究现状10-12
• 1.3 本文主要研究内容与目的12-14
• 1.3.1 研究目的12-13
• 1.3.2 主要研究内容13-14
• 2 连杆机构的运动学与动力学理论14-26
• 2.1 连杆机构的运动学理论14-15
• 2.2 连杆机构的动力学理论15-21
• 2.2.1 气体力计算15-18
• 2.2.2 曲柄连杆机构的质量换算18-20
• 2.2.3 往复惯性力的计算20-21
• 2.2.4 旋转惯性力的计算21
• 2.3 连杆多体动力学仿真模型的建立21-25
• 2.3.1 连杆几何模型21-24
• 2.3.2 连杆机构的材料属性24
• 2.3.3 连杆机构的约束关系24
• 2.3.4 连杆机构的载荷边界条件24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 连杆有限元模型的建立与静力分析26-34
• 3.1 有限元计算方法26-27
• 3.1.1 有限元方法概述26
• 3.1.2 有限元方法的优势26-27
• 3.2 连杆最大拉压工况的受力计算27-28
• 3.2.1 最大拉伸工况载荷计算27-28
• 3.2.2 最大压缩工况载荷计算28
• 3.3 连杆有限元仿真模型的建立28-31
• 3.3.1 有限元网格的划分29
• 3.3.2 连杆的边界约束29-30
• 3.3.3 连杆的载荷施加30-31
• 3.4 连杆静强度分析结果31-33
• 3.4.1 高转速下连杆的静强度分析31-32
• 3.4.2 低转速下连杆的静强度分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 柔性多体动力学仿真模型的建立34-42
• 4.1 模态的介绍与理论基础34-35
• 4.2 柔性体连杆的生成35-37
• 4.2.1 模态综合法35-36
• 4.2.2 柔性构件的连接36
• 4.2.3 柔性体导入方法36-37
• 4.3 连杆的模态计算37-40
• 4.4 本章小结40-42
• 5 连杆多体系统动力学分析42-56
• 5.1 多体系统动力学概述42-45
• 5.1.1 多刚体系统运动学方程42-43
• 5.1.2 多刚体系统动力学方程43-45
• 5.2 连杆的多体动力学仿真45-53
• 5.2.1 刚性多体动力学仿真45-48
• 5.2.2 高速下柔性多体动力学仿真48-50
• 5.2.3 低速下柔性多体动力学仿真50-53
• 5.3 本章小结53-56
• 6 连杆的动态应力计算56-64
• 6.1 连杆的动态应力计算56-59
• 6.1.1 动态应力计算的边界条件56
• 6.1.2 高速工况下动态应力计算56-58
• 6.1.3 低速工况下动态应力计算58-59
• 6.2 高转速下的应力结果比较59-61
• 6.2.1 最大压缩时刻的应力比较59-60
• 6.2.2 最大拉伸时刻的应力比较60-61
• 6.3 低转速下的应力结果比较61-62
• 6.3.1 最大压缩时刻的应力比较61
• 6.3.2 最大拉伸时刻的应力比较61-62
• 6.4 本章小结62-64
• 7 总结和展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录72
• A. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目72

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本文编号：846022