曲軸作為發(fā)動機的重要零部件之一,其在工作時受到來自多個方面的載荷,工作環(huán)境惡劣,曲軸的油孔、連桿軸頸過渡圓角等位置的應力集中現(xiàn)象嚴重,常常導致曲軸發(fā)生斷裂。對于如何在設計階段之初就能預測曲軸經感應淬火強化后的疲勞強度極限,是本文研究的初衷。本文基于電磁感應淬火技術及其基本理論,利用有限元分析法模擬了國內某款柴油機曲軸連桿軸頸和過渡圓角處的電磁感應表面淬火過程,采用不同的疲勞損傷模型對經感應淬火后曲軸疲勞極限載荷進行預測,并進行試驗驗證。本文以國內某款柴油機曲軸為研究對象,圍繞曲軸電磁感應淬火仿真及疲勞特性預測方法兩方面進行研究。主要研究內容包括:（1）運用Altair Flux電磁熱耦合仿真軟件,模擬曲軸連桿軸頸和過渡圓角處的電磁感應表面淬火加熱過程,計算得到曲軸連桿軸頸和過渡圓角處的電磁場與溫度場。（2）在進行冷卻液冷卻模擬過程中,施加的載荷是淬火加熱結束時刻的溫度場,仿真得到冷卻液快速冷卻階段的溫度場。（3）利用熱力耦合有限元軟件ABAQUS模擬空氣中長時間冷卻過程以及空冷后殘留在曲軸中的殘余應力場。將冷卻液冷卻結束時刻的溫度場作為初始載荷,得到曲軸在空氣中長時間冷卻的溫度場,再將... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

某曲軸彎曲疲勞破壞實例（左）和疲勞輝紋斷口形貌（右）

本文研究的主要技術路線

9集膚效應，也稱為趨膚效應，是指當交變電流通過導體時，電流集中在導體很薄的表層區(qū)域，導體內部的電流密度很校以圓截面導體為例，越靠近導體中心處，受到外面磁力線產生的自感電動勢越大，越靠近導體表面則不怎么受磁力線的影響，產生的自感電動勢較小，這就導致靠近導體表面的電流密度較大。同樣地，兩根靠得比較近的導體之間則會產生鄰近效應，原理與集膚效應一致。集膚效應的強度可用電磁波在導體內滲入的趨膚深度表示：2ef=(2-5)式(2-5)中：為材料密度，為電流頻率，為相對磁導率。由式(2-5)可知，趨膚深度與電流頻率成反比，如圖2-1所示，頻率越高，趨膚深度越小，頻率越低，趨膚深度越大。圖2-1趨膚效應在高頻與低頻感應加熱的不同表現(xiàn)Fig.2-1Differentrepresentationofskineffectinhighfrequencyandlowfrequencyinductionheating2.1.3電磁感應表面淬火的電磁場解法電磁感應加熱過程中涉及到電磁熱等多個物理場的耦合，麥克斯韋方程組是描述電磁場的關鍵方程式，包括四個定律：高斯電場定律、法拉第定律、高斯磁場定律與安培-麥克斯韋定律[51]，分別描述了靜電場，變電場，靜磁場，變磁場的狀態(tài)。積分形式：0VVQEda=(2-6)SSdEdlBdadt=墈(2-7)0VBda=(2-8)0S00SSdBdlIEdadt=+(2-9)微分形式：0qE=(2-10)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]應用缺口件進行曲軸疲勞分析的可行性研究[J]. 李建鋒,鐘劍鋒,孫嵩松,劉震濤.  機電工程. 2018(08)
[2]基于中頻淬火工藝模擬的曲軸疲勞極限載荷預測研究[J]. 察博文,陳曉平,王驥.  熱加工工藝. 2018(06)
[3]汽車輕量化先進焊接技術研究進展[J]. 李報,陳思杰,趙丕峰.  熱加工工藝. 2018(03)
[4]感應淬火對38MnVS6曲軸彎曲疲勞性能的影響[J]. 任俊成,李勇,衡俐瓊,李欣,付益平.  汽車工藝與材料. 2018(01)
[5]基于現(xiàn)代試驗技術的小排量發(fā)動機曲軸疲勞強度的試驗研究[J]. 朱正德.  汽車技術. 2017(09)
[6]發(fā)動機曲軸多體動力學仿真分析[J]. 王小毓,王彤宇.  長春理工大學學報(自然科學版). 2017(04)
[7]基于多體動力學的柴油機曲軸疲勞壽命分析[J]. 常麗,田俊龍.  車用發(fā)動機. 2017(02)
[8]基于多體動力學的曲軸疲勞強度分析[J]. 廖吉華,程仁慶,黃偉,王永康,阮曉芳.  機電工程技術. 2016(11)
[9]基于多體動力學的曲軸疲勞強度分析[J]. 昂金鳳,胡昌良,李波,談健,孫影.  汽車零部件. 2016(08)
[10]基于多軸疲勞理論的曲軸結構等效疲勞研究[J]. 孫嵩松,俞小莉,李建鋒.  汽車工程. 2016(08)

博士論文
[1]鋼曲軸結構疲勞特性預測方法研究[D]. 孫嵩松.浙江大學 2017
[2]曲軸電磁感應淬火強化影響數(shù)值模擬研究[D]. 李繼山.北京理工大學 2015
[3]發(fā)動機機體疲勞可靠性模擬試驗基礎問題研究[D]. 張鵬偉.浙江大學 2012
[4]發(fā)動機曲軸疲勞極限載荷預測方法研究[D]. 陳曉平.浙江大學 2011

碩士論文
[1]曲軸電磁感應淬火及材料力學性能預測模擬研究[D]. 李宗鍵.北京理工大學 2016
[2]時域內位移激勵下的構架疲勞壽命分析[D]. 徐步震.西南交通大學 2015
[3]曲軸電磁感應淬火殘余應力模擬及其對圓角應力影響的研究[D]. 龔玉霞.中北大學 2012



本文編號：3308371