曲轴性能分析及其优化设计

论文题目: 曲轴性能分析及其优化设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 动力机械及工程

作者: 鱼春燕

导师: 姜树李

关键词: 曲轴,疲劳强度,动态特性,有限元,试验优化设计

文献来源: 江苏大学

发表年度: 2005

论文摘要: 曲轴是内燃机最为重要的部件,曲轴的模拟计算是一个非常有意义的研究领域。本文以福建力佳股份有限公司SL4105Z柴油机为载体,计算分析了曲轴的静态性能和动态特性,并利用试验优化技术对曲轴进行了改进设计和多种方案的试验比较,得到了试验指标下的显著性影响因素,为今后的曲轴设计提供了一些科学依据和可行性方案。 本文的主要工作和主要结论如下: (1) 利用Pro/E软件建立曲轴的三维模型,并导入ANSYS软件划分网格得到有限元模型,包括模型选择及简化、单元选择、网格划分、选择计算工况、确定边界条件及确定载荷和约束施加等。 (2) 对曲轴进行静态分析,分别对曲轴单拐和整体曲轴进行强度计算,验证了曲轴有限元模型及边界条件的正确性和可行性,得到了与实际情况相符的应力云图,分别运用GOODMAN法和传统的疲劳强度校核方法计算曲轴的安全系数。 (3) 对曲轴进行改进设计,利用有限元分析和试验优化技术讨论曲柄宽度、主轴颈直径、曲柄销直径、卸载槽上部到曲轴中心线垂直距离、卸载槽的轴向深度、卸载槽处圆角半径对曲轴强度的影响,得到了改善曲轴强度的有效途径。 (4) 通过优化处理发现在六个因素中主轴颈直径和卸载槽上部到曲轴中心线垂直距离对曲轴的强度有较为显著的影响,以曲轴曲柄销圆角处最大应力值为目标函数,得到了原曲轴改进的最优方案,并给出了置信区间。 (5) 对曲轴进行动态分析,计算分析原曲轴的固有频率,得到与实际相符的模态频率及模态振型,并用同样的计算方法计算和分析改进的最优曲轴方案的固有频率,比较两者的动态特性。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 论文选题的目的和意义

1.2 本文的主要工作

1.3 有限元法在发动机结构设计中研究现状及发展

1.3.1 有限元网格生成技术

1.3.2 边界条件的确定方法

1.3.3 边界条件的施加方法

1.3.4 有限元技术应用于发动机结构设计中的问题

第二章 模型的建立

2.1 三维模型的建立

2.1.1 Pro/Engineer软件介绍

2.1.2 模型的简化

2.1.3 模型的建立

2.2 有限元模型

2.2.1 ANSYS软件介绍

2.2.2 模型的生成

2.2.3 单元的选择

2.2.4 网格的划分

第三章 曲轴静态性能分析

3.1 力边界条件

3.2 边界条件的确定

3.2.1 计算条件处理

3.2.2 力边界条件

3.2.3 位移边界条件

3.2.4 材料特性

3.3 复合状态下的疲劳强度的评估

3.4 计算结果分析

3.4.1 应力分析

3.4.2 平均应力、应力幅及安全系数

第四章 曲轴的优化计算

4.1 模型的建立与计算假设

4.1.1 模型的假设

4.1.2 边界条件

4.2 方案的组合及选择

4.2.1 因素和水平的选择

4.2.2 正交表的选择和编制

4.2.2.1 正交表的选择

4.2.2.2 各因素在正交表中的设置

4.3 方差分析方法简述

4.4 多目标试验指标的优化分析

4.5 方差分析

4.5.1 试验指标的构成

4.5.2 结果值的点估计和置信区间

4.5.3 计算结果分析

4.6 总结

第五章 曲轴的动态特性分析

5.1 概述

5.2 计算模态分析思想及其方法

5.3 模态分析

5.3.1 模态提取方法

5.3.2 有限元模型的建立

5.3.3 模态结果分析

5.3.4 优化曲轴的模态分析

第六章 全文总结及进一步工作展望

6.1 全文总结

6.2 进一步工作展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文

发布时间: 2005-10-18

参考文献

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• [4].曲轴参数化设计及其结构分析[D]. 李开国.南昌大学2014
• [5].曲轴用材料组织与性能相关性研究[D]. 祝文思.山东大学2012
• [6].曲轴成品质量中心定心法与实现算法研究[D]. 易勇.武汉理工大学2011
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