發(fā)布時(shí)間：2017-09-22 05:28

  本文關(guān)鍵詞：CNG發(fā)動(dòng)機(jī)含裂紋曲軸的剩余壽命及裂紋故障檢測(cè)研究

  更多相關(guān)文章： 含裂紋曲軸 剩余壽命 故障檢測(cè) FRANC3DV6.0 裂紋擴(kuò)展

【摘要】：隨著內(nèi)燃機(jī)高轉(zhuǎn)速、大功率的發(fā)展趨勢(shì),致使曲軸的運(yùn)行條件愈加苛刻。由于不斷受到周期性沖擊和扭轉(zhuǎn)載荷的聯(lián)合作用,曲軸容易因?yàn)閺澢团まD(zhuǎn)疲勞而產(chǎn)生裂紋。曲軸在出現(xiàn)裂紋后將帶來(lái)重大的安全隱患,若能夠?qū)α鸭y故障進(jìn)行有效地檢測(cè),就能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)裂紋；并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出裂紋擴(kuò)展的剩余壽命,就可以適時(shí)的對(duì)曲軸進(jìn)行維修或更換。因此對(duì)含裂紋曲軸進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)和裂紋檢測(cè)研究,可以有效避免人員傷亡降低經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的找出裂紋曲軸故障源并對(duì)曲軸進(jìn)行適時(shí)的維護(hù)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題,本文將以東風(fēng)NQ140BN5發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)為載體,對(duì)含裂紋曲軸的三維疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命和裂紋故障檢測(cè)進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行剛?cè)狁詈系膭?dòng)力學(xué)分析,得出曲軸在額定轉(zhuǎn)速2400r/min時(shí),各個(gè)曲柄銷(xiāo)上的載荷分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)第四曲柄銷(xiāo)上承受的載荷最大為115840N；通過(guò)對(duì)曲軸斷裂調(diào)查發(fā)現(xiàn)：曲軸的起裂位置通常出現(xiàn)在過(guò)渡圓角處。因此,將第四曲柄銷(xiāo)的過(guò)渡圓角處作為裂紋的起裂位置。(2)基于前人曲軸應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式基礎(chǔ)上,加入橢圓形裂紋長(zhǎng)短軸之比對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,重新對(duì)不同裂紋深度與長(zhǎng)短軸比情況下曲軸的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行計(jì)算,由得到的應(yīng)力強(qiáng)度因子擬合出適合本曲軸的幾何形狀因子的表達(dá)式。(3)采用FRANC3D V6.0軟件對(duì)曲軸進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展模擬,發(fā)現(xiàn)當(dāng)曲軸中裂紋深度擴(kuò)展到21.21mm時(shí)達(dá)到了斷裂韌度,曲軸的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命為5.95×106次,仿真結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,驗(yàn)證了軟件仿真的可行性與準(zhǔn)確性。(4)對(duì)含裂紋曲軸進(jìn)行自由模態(tài)分析,得出裂紋深度、位置、數(shù)量對(duì)曲軸固有頻率及振型的影響。根據(jù)其影響規(guī)律提出曲軸在返廠維修或者出廠檢測(cè)時(shí)裂紋的診斷方法。之后,對(duì)內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得出裂紋深度對(duì)曲軸自由端部位縱向振動(dòng)位移的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著裂紋深度的增加,曲軸自由端縱向振動(dòng)的振幅隨之增大,根據(jù)這一規(guī)律提出曲軸裂紋故障的在線檢測(cè)方法。(5)對(duì)曲軸的過(guò)渡圓角進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),提出一種階梯型圓角結(jié)構(gòu)曲軸,通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)階梯型圓角能有效減緩曲軸過(guò)渡圓角處的應(yīng)力集中；而且不同于沉割式圓角結(jié)構(gòu)曲軸需要在軸頸上挖槽,所以可以避免對(duì)軸頸強(qiáng)度的降低。
【關(guān)鍵詞】：含裂紋曲軸 剩余壽命 故障檢測(cè) FRANC3DV6.0 裂紋擴(kuò)展
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK407
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的及意義10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究概況10-16
• 1.3.1 疲勞裂紋擴(kuò)展及剩余壽命的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 基于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)含裂紋轉(zhuǎn)子故障診斷研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本論文的研究方法和研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.4.1 研究方法16
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.5 技術(shù)路線18-19
• 第2章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)仿真19-38
• 2.1 引言19
• 2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析19-23
• 2.2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)19-21
• 2.2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力21-23
• 2.3 剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)23-24
• 2.3.1 多剛體動(dòng)力學(xué)基本方程23-24
• 2.3.2 柔性多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程24
• 2.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)建模24-27
• 2.4.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化24-25
• 2.4.2 NQ140BN5發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介及建模25-27
• 2.5 曲軸剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真模型建立27-34
• 2.5.1 曲軸柔性體模型的建立27-30
• 2.5.2 剛性體曲柄連桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入及參數(shù)設(shè)置30-31
• 2.5.3 柔性體曲軸的導(dǎo)入31
• 2.5.4 剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦吔鐥l件約束的添加31-33
• 2.5.5 施加主動(dòng)載荷33-34
• 2.6 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真34-37
• 2.6.1 各個(gè)曲柄銷(xiāo)徑向載荷仿真分析34-35
• 2.6.2 曲軸自由端的縱向振動(dòng)情況35-36
• 2.6.3 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)36-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第3章 含裂紋曲軸應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析計(jì)算38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 線彈性斷裂力學(xué)基本理論38-41
• 3.2.1 裂紋分類(lèi)和尖端應(yīng)力場(chǎng)38-40
• 3.2.2 復(fù)合型裂紋斷裂判據(jù)40-41
• 3.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算41-46
• 3.3.1 含裂紋曲軸模型建立及邊界條件41-43
• 3.3.2 含裂紋曲軸的受力分析43-44
• 3.3.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算結(jié)果分析44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 含裂紋曲軸裂紋擴(kuò)展剩余壽命的分析計(jì)算47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 疲勞裂紋擴(kuò)展基本理論47-51
• 4.2.1 疲勞裂紋擴(kuò)展速率47-49
• 4.2.2 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命49-51
• 4.3 FRANC3DV6.0軟件介紹51-52
• 4.4 含裂紋曲軸裂紋擴(kuò)展的仿真過(guò)程52-57
• 4.4.1 計(jì)算模型建立52-53
• 4.4.2 曲軸中裂紋的插入53-54
• 4.4.3 曲軸的裂紋擴(kuò)展模擬54-57
• 4.5 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算57-58
• 4.6 曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析58-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 第5章 曲軸的裂紋故障檢測(cè)和過(guò)渡圓角優(yōu)化61-77
• 5.1 引言61
• 5.2 裂紋故障檢測(cè)的常用方法61-62
• 5.3 曲軸的自由模態(tài)62-63
• 5.4 裂紋的存在對(duì)曲軸自由模態(tài)的影響63-71
• 5.4.1 含裂紋曲軸模型的建立63-64
• 5.4.2 模態(tài)分子支承方式的選擇64
• 5.4.3 裂紋的深度對(duì)固有頻率的影響64-67
• 5.4.4 裂紋位置對(duì)固有頻率的影響67-69
• 5.4.5 裂紋數(shù)量對(duì)固有頻率的影響69-70
• 5.4.6 通過(guò)模態(tài)分析檢測(cè)曲軸裂紋的方法總結(jié)70-71
• 5.5 含裂紋曲軸在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)71-74
• 5.5.1 在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)法71-72
• 5.5.2 含不同深度裂紋曲軸的縱向振動(dòng)特性分析72-74
• 5.6 曲軸過(guò)渡圓角的優(yōu)化設(shè)計(jì)74-75
• 5.7 本章小結(jié)75-77
• 第6章 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)78
• 6.3 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果84

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本文編號(hào)：899050