论文题目: 曲轴参数化有限元分析系统与滚压关键参数设计理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 刘荣昌
导师: 刘宏昭,薛隆泉
关键词: 曲轴,有限元,关键参数,加工硬化,残余应力
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文针对曲轴的强度分析和曲轴的滚压强化等问题进行了较为广泛而深入的研究,研制开发了参数化三维曲轴有限元分析系统,较为全面地建立了曲轴滚压关键参数设计理论。 以提高曲轴有限元分析的效率、精度和可靠性为目标,借鉴以往针对具体型号曲轴有限元分忻的经验,对曲轴有限元模型的规范化进行了研究,开发了能够对结构尺寸、材料性能和载荷进行参数化处理的通用曲轴有限元分析系统。 在对圆弧接触线回转体摩擦传动运动学研究的基础上,建立了曲轴圆角滚压强化运动与结构参数优化设计的数学模型,对曲轴圆角滚乐强化运动与结构参数进行了优化设计,提出了一种提高圆弧接触线回转体摩擦传动传动效率的方法;建立了曲轴圆角滚压强化的当量圆柱力学模型,推导了计及曲轴和滚压刀具结构参数、滚压刀具配置情况以及材料性能参数的极限滚乐载荷的计算公式,提出了曲轴滚乐强化的加载原则和极限滚压载荷的确定方法。 提出了物理意义清晰、推导过程简便的多项式插值的加权平均法,并用该方法推导了平面三角形单元和四边形等参元的形函数,对接触问题的数值计算方法进行了评述,编制了三维弹性接触有限元分析程序。 通过对静载荷接触问题中材料力学状态的研究,分析了滚乐加工中表层加工硬化现象产生的原因,对局部应力问题“表层”、“亚表层”和“深层”的
论文目录:
1 绪论
1．1 概述
1．1．1 曲轴的强度研究方法综述
1．1．2 提高曲轴疲劳寿命的方法和途径
1．1．3 基本结论
1．2 本论文的主要研究内容及意义
1．2．1 参数化曲轴有限元分析系统研究
1．2．2 曲轴滚压数学模型的建立与曲轴滚压关键工艺参数设计理论的研究
1．2．3 本论文的研究意义
2 参数化曲轴三维整体模型与有限元分析系统的研究
2．1 引言
2．2 曲轴有限元模型的规范化
2．2．1 几何模型的选取
2．2．2 边界条件的规范化
2．3 曲轴有限元分析的参数化
2．3．1 分析模块的划分
2．3．2 曲轴结构尺寸的参数化
2．3．3 材料性能和载荷的参数化
2．4 参数化曲轴有限元分析系统的开发
2．4．1 参数化曲轴有限元分析系统的工作流程和原理
2．4．2 参数化曲轴有限元分析系统功能介绍
2．5 直列四缸曲轴分析示例
2．5．1 模型的自动生成
2．5．2 载荷的计算
2．5．3 运行结果
2．6 本章小结
3 圆角滚压的运动学模型
3．1 引言
3．2 圆弧接触线回转体摩擦传动运动学分析
3．2．1 传动中的滑动问题
3．2．2 运动学关系
3．2．3 运动匹配性分析
3．3 曲轴圆角滚压工艺参数优化
3．3．1 滚压加工的方法和作用
3．3．2 目标函数的选取
3．3．3 约束条件的确定
3．3．4 设计变量的选取
3．3．5 优化方法的选择与实施
3．3．6 计算实例
3．4 本章小结
4 曲轴滚压强化加载范围与原则研究
4．1 引言
4．2 滚压加工中的变形与应力分布
4．2．1 接触弧线上的变形与应力分布
4．2．2 接触弧线上的正应力向圆弧直径上的等效
4．3 空间应力等效
4．4 接触半宽度b的计算与载荷—应力关系的导出
4．4．1 当量圆柱半径的计算
4．4．2 载荷—应力关系的导出
4．5 滚压极限载荷范围的确定
4．6 计算实例
4．6．1 滚压加载范围计算
4．6．2 弯曲疲劳试验结果
4．7 本章小结
5 接触问题有限元计算方法与实施
5．1 引言
5．2 多项式插值的加权平均法
5．2．1 加权平均法的物理意义
5．2．2 单自变量的情况
5．2．3 两自变量的情况
5．2．4 加权平均法的优点
5．3 求解接触问题的有限元法
5．4 三维弹性接触问题有限元法的实施
5．4．1 弹性力学有限元法的基本原理
5．4．2 接触单元的数学模型
5．4．3 三维弹性接触问题有限元分析程序的编制
5．5 本章小结
6 滚压表面加工硬化现象的理论分析
6．1 引言
6．2 静载荷接触中材料力学状态的软性系数描述
6．2．1 两平行圆柱体接触中的应力分布
6．2．2 应力状态与软性系数
6．2．3 接触体静态应力状态分析
6．3 本章小结
7 曲轴滚压加工的数值模拟
7．1 引言
7．2 ANSYS求解接触问题的方法和需要注意的问题
7．2．1 接触边界的离散与搜索
7．2．2 接触力的计算
7．2．3 接触分析的基本步骤
7．2．4 接触分析中需要注意的问题
7．3 轴颈滚压加工的仿真
7．3．1 轴颈滚压有限元模型
7．3．2 边界条件
7．3．3 计算结果分析
7．4 曲轴圆角滚压残余应力的有限元分析
7．4．1 有限元模型的建立
7．4．2 计算结果及分析
7．4．3 计算结果与试验结果的比较
7．5 本章小结
8 结论
8．1 全文工作总结
8．2 进一步的工作展望
致谢
参考文献
附录: 480Q曲轴滚压试验及设计计算
攻读博士学位期间的研究成果
发布时间: 2005-12-23
参考文献
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