【摘要】：連桿是發(fā)動機中的關鍵構件之一。連桿在工作過程中受到各種復雜周期性變化的載荷、熱應力及振動影響,使得連桿在工作過程中極易發(fā)生功能失效,進而引起整個發(fā)動機的工作失效,因而對曲柄連桿機構進行動力學分析,并在此基礎上對連桿構件進行可靠性分析和優(yōu)化就顯得尤為重要。本文以宗申NC450型摩托車發(fā)動機連桿為研究對象,結合系統(tǒng)動力學、有限元分析、可靠性理論等相關基礎學科,應用有限元分析軟件、多平臺集成優(yōu)化設計及MATLAB軟件對其進行動力學分析、隨機有限元模態(tài)分析,并設計了集成仿真實驗,獲得了隨機設計變量輸入的模態(tài)頻率響應值,進而完成了連桿頻率可靠性分析及優(yōu)化,總結出了頻率可靠性分析及優(yōu)化的方法。本文研究內(nèi)容如下:(1)由運動模型圖和力學模型,結合運動學和動力學知識,運用數(shù)學分析軟件MATLAB求得了曲柄連桿機構在工作過程中相關組件的參數(shù)變化圖,求得連桿大頭、小頭所受的力的變化曲線,確定了連桿有限元分析的位移和載荷約束條件。(2)建立了適用于ANSYS的連桿靜力有限元分析模型,并完成了連桿靜強度有限元分析,得到了連桿在最大拉伸和壓縮工況下的應力云圖,確定了連桿工作中產(chǎn)生應力集中的危險節(jié)點,求得了兩種工況下的應力極值,完成了連桿靜強度校核。(3)運用ANSYS軟件,完成了連桿約束模態(tài)分析,利用多平臺集成優(yōu)化軟件ISIGHT集成ANSYS設計聯(lián)合仿真實驗,得到了隨機設計變量輸入下的連桿最低階固有頻率的響應值;設計DOE實驗對樣本對進行了主效應分析、Pareto圖分析,篩選出對響應較為敏感的設計變量。(4)應用MATLAB軟件,編制相應的BP神經(jīng)網(wǎng)絡程序,對篩選出的樣本對進行非線性神經(jīng)網(wǎng)絡回歸分析,求得了滿足設計精度的權值和閾值,擬合了連桿的頻率失效功能函數(shù);結合均值一次二階矩法,對連桿的頻率可靠性進行了分析。(5)分別以連桿的可靠性和最低階固有頻率為目標,運用近似代理模型的思想,采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡代理模型結合ASA算法(自適應模擬退火算法)對連桿的可靠性和設計變量參數(shù)進行優(yōu)化,經(jīng)優(yōu)化,連桿的最低階固有頻率提升了32.6%,降低了連桿工作時落入共振頻率區(qū)域的可能性。相應地,連桿可靠度指標?相對提升了5.2%。
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U464.133.2
【圖文】：

6圖 1-1 頻率可靠性技術路線圖本章小結本章首先闡述了選取頻率可靠性為主要研究的理論依據(jù)。通過比較傳統(tǒng)析及設計方法，論證了頻率可靠性研究的深遠意義。并以曲柄連桿機構研究對象，綜合介紹了可靠性研究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究趨勢，以及連桿機性的發(fā)展現(xiàn)狀。總結全篇，概括了本文研究的主要內(nèi)容與研究的重難點可靠性研究的主要技術路線圖。

圖 3-2 連桿三維模型圖料和屬性據(jù)可知，連桿的材料為 20CrMo,連桿小頭及桿部經(jīng)致范圍為（20-30）HRC，連桿毛坯先經(jīng)過正火處面硬度大致在（45-65）HRC，有關連桿材料 20C表 3.1 連桿材料相關參數(shù)表材料密度ρ（g/cm3）橫向變形系數(shù)（μ）彈性模量 E（MPa）屈服極限σs（MPa）7.84 0.278 2.1×105680 分好壞將直接影響有限元分析的精確度和計算時間帶的有限元網(wǎng)格前處理模塊，其強大的網(wǎng)格處理功

單元類型為 Solid92 單元（四面體實體結構單元），該單元中每個單元有 10 個節(jié)點，相對應地每個節(jié)點都有沿 X 方向，Y 方向，Z 方向移動的 3 個自由度,網(wǎng)格單元尺寸控制在3mm，離散化后的連桿有限元模型如圖3-3所示，三維模型被分割成15997個四面體單元。圖 3-3 連桿有限元網(wǎng)格圖3.2.4 約束邊界條件施加約束邊界條件的好壞程度，不僅影響有限元分析計算結果的正確度和精確度，甚至有可能使整個分析結果發(fā)散，導致運算失敗。除某些特定的自由體模型及其僅受的相對平衡的外力，由于求解條件限制無法求得約束邊界條件外，其余任何分析模型都必須根據(jù)相應的工況，結合運動學和動力學分析，在分析模型的某些特定的節(jié)點上進行約束。為分析方便，本節(jié)將連桿三維模型圖 3-2 轉化到二維平面進行分析，如圖 3-4 所示

【參考文獻】

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本文編號：2746771