本文關(guān)鍵詞：基于有限元與多體動力學的曲軸系分析

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【摘要】：曲軸內(nèi)燃機中最重要的部件之一,在內(nèi)燃機的工作中起著無可替代的作用。同時曲軸具有結(jié)構(gòu)復雜、受力較大且為交變力、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中等特點,導致了曲軸在工作時發(fā)生復雜的變形,產(chǎn)生嚴重的振動。所以曲軸的強度與振動分析也成為了內(nèi)燃機研發(fā)中的一項重點課題。本文主要運用有限元與多體動力學相結(jié)合的方法對某12缸V型中速柴油機進行曲軸系分析。首先根據(jù)需要建立了相關(guān)的計算模型。運用Hypermesh軟件進行六面體網(wǎng)格的劃分,并對曲柄銷、主軸頸與曲柄臂的過渡圓角處進行網(wǎng)格細分。根據(jù)該機型的工作原理以及各零件之間的連接關(guān)系,在AVL EXCITE中建立軸系的多體動力學模型。然后對該曲軸系進行了多體動力學分析。通過主軸頸受力分析,得到了各主軸頸的受力情況。通過各主軸頸的軸心軌跡分析,得到了軸心偏移較大值以及對應(yīng)的圓周角坐標。對該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速波動進行計算,得到不均勻度δ=0.0024,滿足設(shè)計要求。接著對該曲軸系進行了扭振計算與分析。采用編寫的MATLAB程序計算得到自由振動的自振頻率與振型。利用多體動力學模型對該軸系進行強制扭轉(zhuǎn)振動分析,得到該曲軸自由端在額定工況以及其它中間工況的扭轉(zhuǎn)角位移與各諧次扭轉(zhuǎn)角振幅。通過觀察對比得知額定工況下的主諧次1諧次的扭轉(zhuǎn)角振幅最大,單階峰-峰值為0.244°CA,可知該曲軸軸系扭振情況滿足工程要求。最后進行曲軸的疲勞強度計算與優(yōu)化。通過應(yīng)力恢復找出該曲軸最大應(yīng)力點位于第六連桿軸頸與最末端曲柄臂的過渡圓角處。應(yīng)用曲軸疲勞強度校核公式對該點進行強度校核,得到綜合安全系數(shù)為1.64。根據(jù)該機型結(jié)構(gòu)提出了將止推軸承位置由原來的第六主軸頸處改為末端第七主軸頸處的優(yōu)化方案,再次查找應(yīng)力最大點并對其進行疲勞強度校核,得到該點的綜合安全系數(shù)為1.84,相比原來應(yīng)力最大點的安全系數(shù)提高了9.5%。
【關(guān)鍵詞】：柴油機 曲軸 多體動力學 扭振 疲勞強度
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK403
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 疲勞強度研究10-12
• 1.2.2 曲軸扭振研究12-14
• 1.3 本文的主要工作14-16
• 2 理論基礎(chǔ)與相關(guān)軟件簡介16-24
• 2.1 有限元理論及相關(guān)軟件16-18
• 2.1.1 有限元計算方法的基礎(chǔ)理論16
• 2.1.2 子結(jié)構(gòu)法簡介16-17
• 2.1.3 Hypermesh軟件簡介17
• 2.1.4 MSC.Patran&Nastran簡介17-18
• 2.2 多體動力學理論及相關(guān)軟件18-20
• 2.2.1 多體動力學計算的理論基礎(chǔ)18-19
• 2.2.2 AVL EXCIT軟件簡介19-20
• 2.3 疲勞強度相關(guān)理論20-22
• 2.4 扭轉(zhuǎn)共振理論22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 模型的建立24-36
• 3.1 有限元模型24-29
• 3.1.1 曲軸有限元模型24-28
• 3.1.2 主軸承壁、電機轉(zhuǎn)子有限元模型28-29
• 3.2 AVL EXCITE模型29-35
• 3.2.1 全局參數(shù)的設(shè)置30-31
• 3.2.2 體單元31-32
• 3.2.3 連接單元32-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 多體動力學計算結(jié)果及分析36-44
• 4.1 主軸頸受力分析36-38
• 4.2 軸心軌跡分析38-42
• 4.3 轉(zhuǎn)速波動分析42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 5 曲軸扭振分析44-55
• 5.1 軸系集中質(zhì)量模型44-45
• 5.2 霍爾茲表格法計算軸系自由扭轉(zhuǎn)振動45-49
• 5.2.1 霍爾茲表格法原理介紹45-46
• 5.2.2 霍爾茲表格法編程計算46-49
• 5.3 基于多體動力學的自由端強制扭振分析49-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 6 曲軸疲勞強度分析與優(yōu)化55-66
• 6.1 疲勞強度校核55-62
• 6.1.1 應(yīng)力恢復55-60
• 6.1.2 危險點疲勞強度計算60-62
• 6.2 曲軸疲勞強度優(yōu)化62-65
• 6.2.1 改變止推軸承位置62-64
• 6.2.2 其他優(yōu)化方法64-65
• 6.3 本章小結(jié)65-66
• 7 總結(jié)與展望66-68
• 7.1 結(jié)論66-67
• 7.2 展望67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄A 自由扭轉(zhuǎn)振動MATLAB程序71-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況73-74
• 致謝74-75

【參考文獻】

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本文編號：572162