【摘要】：連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵構(gòu)件之一。連桿在工作過(guò)程中受到各種復(fù)雜周期性變化的載荷、熱應(yīng)力及振動(dòng)影響,使得連桿在工作過(guò)程中極易發(fā)生功能失效,進(jìn)而引起整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作失效,因而對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,并在此基礎(chǔ)上對(duì)連桿構(gòu)件進(jìn)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿為研究對(duì)象,結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、有限元分析、可靠性理論等相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科,應(yīng)用有限元分析軟件、多平臺(tái)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)及MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、隨機(jī)有限元模態(tài)分析,并設(shè)計(jì)了集成仿真實(shí)驗(yàn),獲得了隨機(jī)設(shè)計(jì)變量輸入的模態(tài)頻率響應(yīng)值,進(jìn)而完成了連桿頻率可靠性分析及優(yōu)化,總結(jié)出了頻率可靠性分析及優(yōu)化的方法。本文研究?jī)?nèi)容如下:(1)由運(yùn)動(dòng)模型圖和力學(xué)模型,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí),運(yùn)用數(shù)學(xué)分析軟件MATLAB求得了曲柄連桿機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中相關(guān)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(qiáng)度有限元分析,得到了連桿在最大拉伸和壓縮工況下的應(yīng)力云圖,確定了連桿工作中產(chǎn)生應(yīng)力集中的危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn),求得了兩種工況下的應(yīng)力極值,完成了連桿靜強(qiáng)度校核。(3)運(yùn)用ANSYS軟件,完成了連桿約束模態(tài)分析,利用多平臺(tái)集成優(yōu)化軟件ISIGHT集成ANSYS設(shè)計(jì)聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn),得到了隨機(jī)設(shè)計(jì)變量輸入下的連桿最低階固有頻率的響應(yīng)值;設(shè)計(jì)DOE實(shí)驗(yàn)對(duì)樣本對(duì)進(jìn)行了主效應(yīng)分析、Pareto圖分析,篩選出對(duì)響應(yīng)較為敏感的設(shè)計(jì)變量。(4)應(yīng)用MATLAB軟件,編制相應(yīng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序,對(duì)篩選出的樣本對(duì)進(jìn)行非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸分析,求得了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度的權(quán)值和閾值,擬合了連桿的頻率失效功能函數(shù);結(jié)合均值一次二階矩法,對(duì)連桿的頻率可靠性進(jìn)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(biāo),運(yùn)用近似代理模型的思想,采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型結(jié)合ASA算法(自適應(yīng)模擬退火算法)對(duì)連桿的可靠性和設(shè)計(jì)變量參數(shù)進(jìn)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(shí)落入共振頻率區(qū)域的可能性。相應(yīng)地,連桿可靠度指標(biāo)?相對(duì)提升了5.2%。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U464.133.2
【圖文】：

6圖 1-1 頻率可靠性技術(shù)路線圖本章小結(jié)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(guò)比較傳統(tǒng)析及設(shè)計(jì)方法，論證了頻率可靠性研究的深遠(yuǎn)意義。并以曲柄連桿機(jī)構(gòu)研究對(duì)象，綜合介紹了可靠性研究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究趨勢(shì)，以及連桿機(jī)性的發(fā)展現(xiàn)狀。總結(jié)全篇，概括了本文研究的主要內(nèi)容與研究的重難點(diǎn)可靠性研究的主要技術(shù)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(guò)正火處面硬度大致在（45-65）HRC，有關(guān)連桿材料 20C表 3.1 連桿材料相關(guān)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(jì)算時(shí)間帶的有限元網(wǎng)格前處理模塊，其強(qiáng)大的網(wǎng)格處理功

單元類(lèi)型為 Solid92 單元（四面體實(shí)體結(jié)構(gòu)單元），該單元中每個(gè)單元有 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)地每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有沿 X 方向，Y 方向，Z 方向移動(dòng)的 3 個(gè)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(gè)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(jì)算結(jié)果的正確度和精確度，甚至有可能使整個(gè)分析結(jié)果發(fā)散，導(dǎo)致運(yùn)算失敗。除某些特定的自由體模型及其僅受的相對(duì)平衡的外力，由于求解條件限制無(wú)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(yīng)的工況，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，在分析模型的某些特定的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行約束。為分析方便，本節(jié)將連桿三維模型圖 3-2 轉(zhuǎn)化到二維平面進(jìn)行分析，如圖 3-4 所示

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2746771