本文關鍵詞：船用柴油機機體動態(tài)應力分析方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 柴油機機體是整個柴油機的骨架和基礎,它在柴油機運轉時承受復雜載荷,這些載荷的大小、方向隨工況和曲軸轉角不斷變化,有些力的作用點也在不斷變化。而機體的可靠性對整個柴油機的性能有著重要的影響,它基本上決定著整個柴油機的使用壽命,單純對機體進行靜態(tài)的應力分析已無法滿足現(xiàn)階段柴油機設計的需求,對機體進行動態(tài)應力的分析顯得格外重要。 本文進行了6L16／24型柴油機機體動態(tài)應力分析方法的研究,分別從理論計算和試驗測試兩方面進行。主要工作及結論如下： 1)在保證計算精度與計算速度的前提下,對6L16／24型柴油機機體實體模型進行合理簡化,并建立了動應力計算的有限元模型。 2)運用多體動力學分析軟件ADAMS計算機體所受活塞側推力和各檔主軸承垂直分力及水平分力,作為機體加載的主要動態(tài)載荷。 3)對6L16／24型柴油機機體有限元模型加載載荷、定義位移邊界條件,計算其在轉速1000rpm、單缸功率90kW的工況下運轉一個循環(huán)的動態(tài)應力。 4)分析動態(tài)應力計算結果,主要得出以下結論：從應力云圖上看,柴油機機體高應力區(qū)主要分布在氣缸套與機體的上下接觸表面以及主軸承座周圍且受動態(tài)載荷影響較大；在各缸發(fā)火時刻附近,此缸氣缸套與機體的上下接觸表面、氣缸套與凸輪軸之間的薄壁以及相關的兩檔主軸承座周圍應力達到最大值；在機體安裝罩蓋處拐角部位容易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象；柴油機飛輪附近應力值較為穩(wěn)定,基本圍繞一個固定值上下波動；柴油機前端箱體應力較小,僅在與機體連接處有相對明顯應力。 5)在僅考慮螺栓預緊力的情況下,分別采用溫度法和直接法對機體施加螺栓預緊力,從靜態(tài)應力云圖上可看出兩種加載方法所得計算結果基本一致,在機體與軸承座側面連接處應力較大,且越靠近中間檔軸承應力越大,機體其他區(qū)域應力較不明顯。 6)試驗測試與計算結果對比 通過對6L16／24型柴油機機體進行動態(tài)應變的試驗測試及缸內(nèi)壓力測試,并將測試結果與計算結果進行了對比,驗證了有限元計算方法的正確性。 本文創(chuàng)新點主要有以下幾點： 1)對于活塞側推力的加載,將其作用位置考慮為氣缸套與機體進行裝配的上、下接觸環(huán)面上,在這兩部分表面分別建立剛性區(qū)域,用于連接表面所有節(jié)點至中心一點,將活塞側推力加載在該點上。 2)對于氣體力對柴油機機體的作用,本文主要考慮當氣體力作用于氣缸蓋下表面時,缸蓋螺栓反作用力引起的氣缸套對機體在兩者接觸表面上所產(chǎn)生的作用力。采用有限元法模擬剛度試驗,得到螺栓聯(lián)接的相對剛度系數(shù),從而計算缸蓋螺栓動態(tài)作用在氣缸套與機體接觸面上的均布載荷變化曲線。 3)采用多種計算分析軟件相結合的方法,充分發(fā)揮各軟件的優(yōu)勢：在前處理部分,利用HyperMesh軟件強大的前處理功能,方便準確的完成動應力分析的前處理工作；機體動態(tài)載荷的計算采用了多體動力學分析軟件ADAMS,比經(jīng)典計算方法更為精確的得出載荷大小；計算時采用RADIOSS求解器,進行機體顯示動力學分析。
【關鍵詞】：柴油機機體 動應力 有限元分析
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：U664.121
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題的研究目的與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 研究方案15-17
• 1.3.1 技術路線15-16
• 1.3.2 各章主要內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結17-18
• 第2章 有限元分析理論18-25
• 2.1 有限元法18-20
• 2.1.1 有限元法的一般步驟18-19
• 2.1.2 有限元方法的應用范圍與優(yōu)點19-20
• 2.2 動力學分析20-24
• 2.2.1 動力學分析原理及方法20-23
• 2.2.2 軟件平臺23-24
• 2.3 本章小結24-25
• 第3章 機體動態(tài)載荷分析與求解25-35
• 3.1 研究對象及主要參數(shù)25-26
• 3.2 載荷求解的基本理論26-27
• 3.3 ADAMS求解軸承力及側推力27-32
• 3.3.1 ADAMS多體動力學分析的基本原理27-28
• 3.3.2 ADAMS求解機體載荷的基本步驟28-30
• 3.3.3 ADAMS求解軸承力及側推力的結果30-32
• 3.4 缸蓋螺栓動態(tài)作用的求解32-34
• 3.5 本章小結34-35
• 第4章 機體動應力的有限元分析35-72
• 4.1 建立柴油機幾何模型35-37
• 4.1.1 機體三維實體模型35
• 4.1.2 模型處理與簡化35-36
• 4.1.3 材料屬性定義36-37
• 4.2 有限元模型的建立37-38
• 4.3 軸承力及側推力的加載38-41
• 4.3.1 軸承力的加載38
• 4.3.2 側推力的加載38-41
• 4.3.3.缸蓋螺栓動態(tài)作用的加載41
• 4.4 位移邊界條件定義41-42
• 4.5 求解42-44
• 4.5.1 求解及輸出選項設置42-43
• 4.5.2 求解43-44
• 4.6 結果分析44-66
• 4.6.1 曲柄轉角第12°結果分析46-48
• 4.6.2 曲柄轉角第114°結果分析48-49
• 4.6.3 曲柄轉角第154°結果分析49-50
• 4.6.4 曲柄轉角第250°結果分析50-52
• 4.6.5 曲柄轉角第278°結果分析52-53
• 4.6.6 曲柄轉角第372°結果分析53-54
• 4.6.7 曲柄轉角第396°結果分析54-55
• 4.6.8 曲柄轉角第554°結果分析55-56
• 4.6.9 曲柄轉角第652°結果分析56-57
• 4.6.10 應力時間歷程結果分析57-62
• 4.6.11 第五缸應力分布分析62-66
• 4.7 螺栓預緊力的計算66-71
• 4.7.1 螺栓預緊力的計算66-67
• 4.7.2 溫度法施加螺栓預緊力67-69
• 4.7.3 直接法施加螺栓預緊力69-70
• 4.7.4 螺栓預緊力計算結果對比70-71
• 4.8 本章小結71-72
• 第5章 柴油機氣缸壓力與應變測試72-88
• 5.1 測試目的72
• 5.2 測試內(nèi)容72-73
• 5.3 測試系統(tǒng)73-74
• 5.4 測試原理74-76
• 5.4.1 電阻應變片工作原理74-75
• 5.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊75-76
• 5.5 測點布置76-77
• 5.6 測試步驟77-78
• 5.7 測試與計算結果對比78-87
• 5.7.1 氣缸壓力測試與計算結果對比分析78-79
• 5.7.2 應變測試與計算結果時域對比分析79-83
• 5.7.3 應變測試與計算結果功率譜對比分析83-87
• 5.8 本章小結87-88
• 第6章 結論與展望88-91
• 6.1 結論88-90
• 6.2 展望90-91
• 參考文獻91-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的論文96

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