船用柴油机多体动力学建模及仿真分析
发布时间：2021-01-21 20:15
随着柴油机向着重载、高速、增压等方向发展,新的发展方向所催生的技术手段进而导致柴油机的零部件所受载荷增大和振动问题严重,过大的振动会引起柴油机零部件损坏和高应力区船体结构出现疲劳破坏,振动所导致的噪声问题也恶化了船员的工作环境。所以对柴油机虚拟样机的搭建、静态性能仿真和机体的动态响应预测也变得愈加重要,具有重要的工程应用价值。本文以4L20船用柴油机为研究对象,建立其四种工况下曲柄连杆机构的刚柔混合多体动力学模型,分析并对比四种工况下的仿真数据得出曲柄连杆机构的动态特性。输出连杆与机体的激励曲线,从静态和动态两个角度对柴油机进行仿真分析,旨在预测其静态性能和动态性能。其中静态方面主要对连杆和机体进行静强度分析,动态方面主要对机体进行模态分析和时域激励下的动态响应分析,并选取了机体上主要关注的特征点进行了振动特性分析。本文的主要研究内容如下:（1）根据柴油机的二维图纸和已生产出来的样机,采取合理的建模原则,利用建模软件Pro/E建立柴油机的三维模型。（2）在Hyperworks中建立柴油机的有限元模型,对曲轴和机体进行模态分析,得出主要模态振型与频率。通过曲轴的模态分析结果输出MNF文件...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线
?第三章柴油机模型的建立与模态分析???（１）忽略一些不必要的结构：理论上来说，机体的三维模型应当与实际的结构一??模一样，这样才能得到最准确的应力、应变分布情况，但考虑到机体某些结构对静力分??析的结果影响不大，同时考虑到计算机的计算能力，所以对计算结果影响较小的孔、过??渡圆角、润滑油孔予以合理忽略［４５］。??（２）简化一些局部的细节：在建模的过程中有些结构对计算结果影响特别的小则??采取（１）中的原则，但是有些结构对所计算结果影响较大，只能做简化处理。比如机??体上与支架连接的螺栓孔、主轴承的螺栓孔等，在实际的建模过程中采取去除螺纹，以??圆孔代替的简化处理方式。飞轮与曲轴是通过飞轮末端的螺栓连接的，连接的刚度较大，??实际上两者是通过接触面和连接的螺栓传递力的，在建模的过程中应局部简化原则，将??曲轴和飞轮视为一体，对非线性的接触问题不予考虑。机体的内外部有一些加强筋与机??体接触的地方过度较为尖锐，为了避免网格过细，在这些地方添加适当半径的圆倒角处??理。??（３）?—些对所要分析结果影响较大的结构必须给予保留：机体上的凸轮轴室和顶??柱推杆室，对机体的刚度影响较大，不能给予忽略处理。机体内部各个曲拐之间的隔板，??影响机身的刚度强度，进而会影响到机体的模态分析结果，而且也会对接下来的动力响??应分析有重大的影响，所以在建模的过程中必须予以保留。??３．１．２柴油机机体、曲柄连杆机构及其组合体的建立??Ｖ?〇??图３．１活塞组三维模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｐｉｓｔｏｎ?３Ｄ?ｍｏｄｅｌ??－２１－??
?船用柴油机多体动力学建模及仿真分析???该柴油机活塞是凹顶活塞，活塞头部与活塞裙部实际是刚性连接的，建模时根据简??化一些局部的细节原则，将活塞头部与裙部视为一体。活塞头部会有一些泄油口，活塞??销上也会有一些为了润滑开的油孔结构，活塞裙部会有一些销加强筋和边缘加强筋等细??小的结构，这些结构对所要得出的结果影响较小，所以根据忽略一些不必要结构的原则??对其进行合理的忽略。为了合理简化模型，也将活塞销与活塞裙部视为一体。图３．１就??是简化后的活塞三维模型。??＼?Ｉ??图３．２连杆组三维模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ?ｒｏｄ?３Ｄ?ｍｏｄｅｌ??连杆小头与连杆衬套刚性连接，通过耐磨的衬套与活塞销接触，应简化局部细节原??贝ｉｊ，将衬套与连杆小头视为一体建模。连杆盖与连杆大头通过两个螺栓连接，刚性较大，??在建模的过程中应简化局部细节原则将连杆盖与连杆大头视为一体，并且将螺栓简化成??圆柱形状，但这是建立多体动力学模型的建模原则。在后面章节对连杆进行静强度分析??时，则根据所要分析的对象，要考虑连杆大头与小头的连接方式。图３．２为简化后的连??杆三维模型。??曲轴上会布置一些贯穿的润滑油孔，以达到润滑的目的，由于润滑油孔较为细小，??对所需计算的结果影响较小，又对划分网格造成极大的困难，所以在建模过程中忽略润？??滑油孔。实际上曲轴的末端是与飞轮通过螺栓相连接的，由于刚度较大，所以在为了不??－２２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]柴油机噪声源识别与噪声特性研究[J]. 许广举,陈庆樟,李学智,王忠. 机械设计与制造. 2014(04)
[2]国外舰船柴油机发展现状及趋势[J]. 敖晨阳,徐飞,霍柏琦. 舰船科学技术. 2013(12)
[3]内燃机主轴承承载特性研究[J]. 王磊,廖日东. 车用发动机. 2013(05)
[4]基于ANSYS的柴油机连杆有限元模态分析[J]. 魏玉娜,陈仲海,王连宏. 机械工程与自动化. 2013(02)
[5]船用柴油机的现状和发展趋势[J]. 邱俊,闫晓伟. 船电技术. 2011(06)
[6]柴油机曲轴系运动学和动力学仿真分析[J]. 巩书财,石磊,赵福全,李慧军,刘胜利,袁爽. 拖拉机与农用运输车. 2011(01)
[7]船用柴油推进主机的发展现状及趋势[J]. 王术新,姜春明. 舰船科学技术. 2006(03)
[8]内燃机振动、噪声的多体动力学分析[J]. 张俊红,郑勇. 中国机械工程. 2006(01)
[9]应用Pro/E生成SF485发动机机体三维模型的关键技术[J]. 刘玉梅. 山东农机. 2005(08)
[10]主轴承力作用下的多缸内燃机机体结构动力响应分析[J]. 王义亮,谢友柏. 内燃机学报. 2002(05)
博士论文
[1]柴油机结构噪声预测及其优化控制的研究[D]. 李玉军.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]6S50MC-C船用柴油机推进轴系多体动力学分析[D]. 刘随强.大连海事大学 2018
[2]考虑多种激励源的某柴油机机体动态响应分析[D]. 王彪.大连理工大学 2017
[3]基于虚拟仿真平台的柴油机机体低振动研究[D]. 魏薇.辽宁工业大学 2016
[4]8L265柴油机机体强度有限元计算及优化[D]. 丁义峰.大连理工大学 2015
[5]船用中速柴油机振动与噪声分析及优化[D]. 朱新强.武汉理工大学 2014
[6]基于多体动力学的柴油机振动分析及曲轴的疲劳分析[D]. 张兆强.西南交通大学 2012
[7]新型中速柴油机振动预测技术研究[D]. 李虎林.武汉理工大学 2012
[8]小型柴油机轴系模态分析及仿真计算研究[D]. 李德水.西南交通大学 2010
本文编号：2991822
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线
?第三章柴油机模型的建立与模态分析???（１）忽略一些不必要的结构：理论上来说，机体的三维模型应当与实际的结构一??模一样，这样才能得到最准确的应力、应变分布情况，但考虑到机体某些结构对静力分??析的结果影响不大，同时考虑到计算机的计算能力，所以对计算结果影响较小的孔、过??渡圆角、润滑油孔予以合理忽略［４５］。??（２）简化一些局部的细节：在建模的过程中有些结构对计算结果影响特别的小则??采取（１）中的原则，但是有些结构对所计算结果影响较大，只能做简化处理。比如机??体上与支架连接的螺栓孔、主轴承的螺栓孔等，在实际的建模过程中采取去除螺纹，以??圆孔代替的简化处理方式。飞轮与曲轴是通过飞轮末端的螺栓连接的，连接的刚度较大，??实际上两者是通过接触面和连接的螺栓传递力的，在建模的过程中应局部简化原则，将??曲轴和飞轮视为一体，对非线性的接触问题不予考虑。机体的内外部有一些加强筋与机??体接触的地方过度较为尖锐，为了避免网格过细，在这些地方添加适当半径的圆倒角处??理。??（３）?—些对所要分析结果影响较大的结构必须给予保留：机体上的凸轮轴室和顶??柱推杆室，对机体的刚度影响较大，不能给予忽略处理。机体内部各个曲拐之间的隔板，??影响机身的刚度强度，进而会影响到机体的模态分析结果，而且也会对接下来的动力响??应分析有重大的影响，所以在建模的过程中必须予以保留。??３．１．２柴油机机体、曲柄连杆机构及其组合体的建立??Ｖ?〇??图３．１活塞组三维模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｐｉｓｔｏｎ?３Ｄ?ｍｏｄｅｌ??－２１－??
?船用柴油机多体动力学建模及仿真分析???该柴油机活塞是凹顶活塞，活塞头部与活塞裙部实际是刚性连接的，建模时根据简??化一些局部的细节原则，将活塞头部与裙部视为一体。活塞头部会有一些泄油口，活塞??销上也会有一些为了润滑开的油孔结构，活塞裙部会有一些销加强筋和边缘加强筋等细??小的结构，这些结构对所要得出的结果影响较小，所以根据忽略一些不必要结构的原则??对其进行合理的忽略。为了合理简化模型，也将活塞销与活塞裙部视为一体。图３．１就??是简化后的活塞三维模型。??＼?Ｉ??图３．２连杆组三维模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ?ｒｏｄ?３Ｄ?ｍｏｄｅｌ??连杆小头与连杆衬套刚性连接，通过耐磨的衬套与活塞销接触，应简化局部细节原??贝ｉｊ，将衬套与连杆小头视为一体建模。连杆盖与连杆大头通过两个螺栓连接，刚性较大，??在建模的过程中应简化局部细节原则将连杆盖与连杆大头视为一体，并且将螺栓简化成??圆柱形状，但这是建立多体动力学模型的建模原则。在后面章节对连杆进行静强度分析??时，则根据所要分析的对象，要考虑连杆大头与小头的连接方式。图３．２为简化后的连??杆三维模型。??曲轴上会布置一些贯穿的润滑油孔，以达到润滑的目的，由于润滑油孔较为细小，??对所需计算的结果影响较小，又对划分网格造成极大的困难，所以在建模过程中忽略润？??滑油孔。实际上曲轴的末端是与飞轮通过螺栓相连接的，由于刚度较大，所以在为了不??－２２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]柴油机噪声源识别与噪声特性研究[J]. 许广举,陈庆樟,李学智,王忠. 机械设计与制造. 2014(04)
[2]国外舰船柴油机发展现状及趋势[J]. 敖晨阳,徐飞,霍柏琦. 舰船科学技术. 2013(12)
[3]内燃机主轴承承载特性研究[J]. 王磊,廖日东. 车用发动机. 2013(05)
[4]基于ANSYS的柴油机连杆有限元模态分析[J]. 魏玉娜,陈仲海,王连宏. 机械工程与自动化. 2013(02)
[5]船用柴油机的现状和发展趋势[J]. 邱俊,闫晓伟. 船电技术. 2011(06)
[6]柴油机曲轴系运动学和动力学仿真分析[J]. 巩书财,石磊,赵福全,李慧军,刘胜利,袁爽. 拖拉机与农用运输车. 2011(01)
[7]船用柴油推进主机的发展现状及趋势[J]. 王术新,姜春明. 舰船科学技术. 2006(03)
[8]内燃机振动、噪声的多体动力学分析[J]. 张俊红,郑勇. 中国机械工程. 2006(01)
[9]应用Pro/E生成SF485发动机机体三维模型的关键技术[J]. 刘玉梅. 山东农机. 2005(08)
[10]主轴承力作用下的多缸内燃机机体结构动力响应分析[J]. 王义亮,谢友柏. 内燃机学报. 2002(05)
博士论文
[1]柴油机结构噪声预测及其优化控制的研究[D]. 李玉军.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]6S50MC-C船用柴油机推进轴系多体动力学分析[D]. 刘随强.大连海事大学 2018
[2]考虑多种激励源的某柴油机机体动态响应分析[D]. 王彪.大连理工大学 2017
[3]基于虚拟仿真平台的柴油机机体低振动研究[D]. 魏薇.辽宁工业大学 2016
[4]8L265柴油机机体强度有限元计算及优化[D]. 丁义峰.大连理工大学 2015
[5]船用中速柴油机振动与噪声分析及优化[D]. 朱新强.武汉理工大学 2014
[6]基于多体动力学的柴油机振动分析及曲轴的疲劳分析[D]. 张兆强.西南交通大学 2012
[7]新型中速柴油机振动预测技术研究[D]. 李虎林.武汉理工大学 2012
[8]小型柴油机轴系模态分析及仿真计算研究[D]. 李德水.西南交通大学 2010
本文编号：2991822
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