曲軸作為發(fā)動機(jī)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(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重,常常導(dǎo)致曲軸發(fā)生斷裂。對于如何在設(shè)計階段之初就能預(yù)測曲軸經(jīng)感應(yīng)淬火強(qiáng)化后的疲勞強(qiáng)度極限,是本文研究的初衷。本文基于電磁感應(yīng)淬火技術(shù)及其基本理論,利用有限元分析法模擬了國內(nèi)某款柴油機(jī)曲軸連桿軸頸和過渡圓角處的電磁感應(yīng)表面淬火過程,采用不同的疲勞損傷模型對經(jīng)感應(yīng)淬火后曲軸疲勞極限載荷進(jìn)行預(yù)測,并進(jìn)行試驗驗證。本文以國內(nèi)某款柴油機(jī)曲軸為研究對象,圍繞曲軸電磁感應(yīng)淬火仿真及疲勞特性預(yù)測方法兩方面進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容包括:（1）運(yùn)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(yīng)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(jìn)行冷卻液冷卻模擬過程中,施加的載荷是淬火加熱結(jié)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(yīng)力場。將冷卻液冷卻結(jié)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(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)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(shù)路線

9集膚效應(yīng)，也稱為趨膚效應(yīng)，是指當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時，電流集中在導(dǎo)體很薄的表層區(qū)域，導(dǎo)體內(nèi)部的電流密度很校以圓截面導(dǎo)體為例，越靠近導(dǎo)體中心處，受到外面磁力線產(chǎn)生的自感電動勢越大，越靠近導(dǎo)體表面則不怎么受磁力線的影響，產(chǎn)生的自感電動勢較小，這就導(dǎo)致靠近導(dǎo)體表面的電流密度較大。同樣地，兩根靠得比較近的導(dǎo)體之間則會產(chǎn)生鄰近效應(yīng)，原理與集膚效應(yīng)一致。集膚效應(yīng)的強(qiáng)度可用電磁波在導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)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(yīng)在高頻與低頻感應(yīng)加熱的不同表現(xiàn)Fig.2-1Differentrepresentationofskineffectinhighfrequencyandlowfrequencyinductionheating2.1.3電磁感應(yīng)表面淬火的電磁場解法電磁感應(yīng)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(guān)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]應(yīng)用缺口件進(jìn)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(jī)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(yù)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(jìn)焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 李報,陳思杰,趙丕峰.  熱加工工藝. 2018(03)
[4]感應(yīng)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(shù)的小排量發(fā)動機(jī)曲軸疲勞強(qiáng)度的試驗研究[J]. 朱正德.  汽車技術(shù). 2017(09)
[6]發(fā)動機(jī)曲軸多體動力學(xué)仿真分析[J]. 王小毓,王彤宇.  長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(04)
[7]基于多體動力學(xué)的柴油機(jī)曲軸疲勞壽命分析[J]. 常麗,田俊龍.  車用發(fā)動機(jī). 2017(02)
[8]基于多體動力學(xué)的曲軸疲勞強(qiáng)度分析[J]. 廖吉華,程仁慶,黃偉,王永康,阮曉芳.  機(jī)電工程技術(shù). 2016(11)
[9]基于多體動力學(xué)的曲軸疲勞強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)疲勞特性預(yù)測方法研究[D]. 孫嵩松.浙江大學(xué) 2017
[2]曲軸電磁感應(yīng)淬火強(qiáng)化影響數(shù)值模擬研究[D]. 李繼山.北京理工大學(xué) 2015
[3]發(fā)動機(jī)機(jī)體疲勞可靠性模擬試驗基礎(chǔ)問題研究[D]. 張鵬偉.浙江大學(xué) 2012
[4]發(fā)動機(jī)曲軸疲勞極限載荷預(yù)測方法研究[D]. 陳曉平.浙江大學(xué) 2011

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



本文編號：3308371