本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)連桿高周疲勞壽命預(yù)測方法研究

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【摘要】：隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)向著高強(qiáng)化、高功率密度方向發(fā)展，因此人們對柴油機(jī)的使用壽命提出了更高的要求。連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件，其疲勞破壞占自身故障比例約為60%～90%。因此在設(shè)計(jì)初期階段，通過有限元仿真結(jié)合疲勞壽命預(yù)測模型對連桿的工作壽命進(jìn)行預(yù)測，，可以保證其具有較高的抗疲勞性能。連桿不同的疲勞破壞位置會產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，可能為單軸應(yīng)力狀態(tài)，也可能為多軸應(yīng)力狀態(tài)，因此在建立疲勞損傷壽命預(yù)測模型時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)的不同選擇合適的損傷參量。針對這一問題，本文通過對連桿進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到疲勞危險(xiǎn)部位考察點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間歷程曲線，并判斷其應(yīng)力狀態(tài)；采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過7種損傷參量對試件在單軸和多軸應(yīng)力時(shí)預(yù)測的循環(huán)次數(shù)與試驗(yàn)值對比，得到在不同應(yīng)力狀態(tài)下相應(yīng)的疲勞損傷壽命預(yù)測模型；根據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)試件得到的壽命預(yù)測模型結(jié)論，結(jié)合連桿應(yīng)力壽命曲線及累積損傷理論，對連桿不同危險(xiǎn)部位進(jìn)行壽命計(jì)算。具體研究工作如下： （1）建立了包含連桿、活塞銷、曲柄銷、襯套、軸瓦、螺栓等主要零部件的有限元模型，利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法，得到連桿危險(xiǎn)部位考察節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線；采用多軸應(yīng)力判斷準(zhǔn)則，分析了連桿考察部位的應(yīng)力狀態(tài)，分析表明連桿桿身部位是單軸應(yīng)力狀態(tài)，連桿小頭油孔、小頭和大頭與桿身過渡部位、大頭蓋螺栓沉孔等部位為典型的多軸應(yīng)力狀態(tài)。該給論為后續(xù)疲勞損傷壽命預(yù)測模型的選擇提供了理論依據(jù)。 （2）借助標(biāo)準(zhǔn)試件試驗(yàn)結(jié)果，利用有限元模擬試件在不同加載情況下的應(yīng)力狀態(tài)，以Basquin公式為基礎(chǔ)，選取7種損傷參量，絕對值最大主應(yīng)力、最大主應(yīng)力、帶符號等效應(yīng)力、等效應(yīng)力、剪應(yīng)力、帶符號剪應(yīng)力和臨界面參量，分別對試驗(yàn)件進(jìn)行壽命預(yù)測。將得到的結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行對比分析，找到了能夠合理預(yù)測單軸、多軸的高周疲勞損傷壽命預(yù)測模型。結(jié)論為在單軸應(yīng)力狀態(tài)時(shí)宜采用絕對值最大主應(yīng)力參量的損傷壽命預(yù)測模型，在多軸應(yīng)力狀態(tài)時(shí)宜采用臨界面參量的損傷壽命預(yù)測模型進(jìn)行壽命計(jì)算。 （3）根據(jù)（2）中的結(jié)論，對連桿桿身部位采用絕對值最大主應(yīng)力損傷參量進(jìn)行壽命預(yù)測，對連桿其他部位采用臨界面損傷參量進(jìn)行壽命預(yù)測，預(yù)測過程中考慮到尺寸效應(yīng)、表面加工狀態(tài)等影響，將材料的應(yīng)力壽命曲線修正為能夠適用于連桿分析的應(yīng)力壽命曲線。最終得到連桿工作時(shí)最危險(xiǎn)的部位出現(xiàn)在小頭與桿身過渡凹槽處。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī)連桿 高周疲勞 損傷參量 壽命預(yù)測
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 疲勞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 材料疲勞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 連桿疲勞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文的研究內(nèi)容18-21
• 第二章 疲勞壽命預(yù)測方法21-34
• 2.1 疲勞分類21-22
• 2.2 現(xiàn)行的疲勞壽命設(shè)計(jì)方法22-30
• 2.2.1 名義應(yīng)力法23-24
• 2.2.2 局部應(yīng)力應(yīng)變法24-27
• 2.2.3 能量法27-28
• 2.2.4 損傷容限法28
• 2.2.5 臨界面法28-30
• 2.3 疲勞累積損傷理論30-33
• 2.3.1 線性疲勞累積損傷理論30-31
• 2.3.2 雙線性疲勞累積損傷理論31-32
• 2.3.3 非線性疲勞累積損傷理論32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 連桿瞬態(tài)有限元仿真分析34-49
• 3.1 連桿組模型建立34-35
• 3.2 網(wǎng)格劃分35-36
• 3.3 初始邊界條件的建立36-40
• 3.3.1 載荷邊界條件36-39
• 3.3.2 約束邊界條件39
• 3.3.3 接觸邊界條件39-40
• 3.4 載荷步設(shè)置40-42
• 3.5 連桿組瞬態(tài)仿真分析42-45
• 3.6 連桿考察部位應(yīng)力狀態(tài)確定45-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第四章 疲勞損傷壽命預(yù)測模型研究49-63
• 4.1 損傷參量選取49-52
• 4.2 標(biāo)準(zhǔn)試件有限元瞬態(tài)分析52-56
• 4.2.1 模型建立52-53
• 4.2.2 載荷及約束邊界條件53-55
• 4.2.3 有限元瞬態(tài)計(jì)算55-56
• 4.3 不同損傷參量下試件壽命預(yù)測及分析56-62
• 4.3.1 材料疲勞特性參數(shù)56-57
• 4.3.2 不同疲勞壽命方法預(yù)測值與試驗(yàn)值比較57-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 連桿疲勞壽命預(yù)測63-73
• 5.1 材料 S-N 曲線獲取及修正63-68
• 5.2 平均應(yīng)力修正68-69
• 5.3 連桿考察部位壽命預(yù)測69-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 全文總結(jié)和展望73-75
• 6.1 全文總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果79-80
• 致謝80-81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：865495