240/275柴油机虚拟样机轴系运动学及动力学仿真分析

论文摘要

本文进行了常规的曲柄连杆机构动力学分析方法与使用现代计算机仿真技术的对比,阐述了计算机仿真技术的优势所在,并利用动力学仿真ADAMS软件分别进行了240单缸机和16V240ZJ型机车柴油机轴系的多体动力学仿真分析,计算机动力学仿真分析主要进行了包括各构件的运动与受力分析、16V240ZJ型柴油机的平衡性分析以及柔体曲轴系扭振分析等内容,获得了准确的仿真数据,形成了活塞部件的受力载荷谱。在柴油机设计阶段进行平衡性分析和曲轴系的振动分析,可以为设计选型和具体的结构设计提供依据。本文对原240型组合活塞失效模式进行了分析,找到了组合活塞裂损失效的原因,针对失效原因确定了组合活塞结构分析路线,利用动力学分析所得的组合活塞部件载荷谱,作为在I-DEAS软件中对活塞部件进行疲劳强度计算的边界条件,进而进行组合活塞结构强度的有限元分析,并进一步进行活塞结构的优化设计,得到以疲劳安全系数为优化参数的240活塞的优化方案,优化方案将原活塞的疲劳安全系数从最小值1.03提高到最小值1.92,大幅度提高了疲劳安全系数。对仿真结果进行了检验和验证,该优化方案在实际工程应用中取得了很好的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 国内外柴油机轴系运动学和动力学分析现状
• 1.2.2 现代设计方法在柴油机开发中的应用现状
• 1.2.3 国内外对柴油机动平衡研究现状
• 1.2.4 国内外对机车柴油机活塞可靠性研究现状
• 1.2.5 组合活塞的有限元仿真分析
• 1.3 本文拟作的工作
• 第二章 机车柴油机轴系动力学仿真
• 2.1 曲柄连杆机构动力学常规分析方法
• 2.2 多体动力学理论概述
• 2.2.1 多体动力学的算法原理
• 2.3 机车柴油机轴系动力学仿真实例
• 2.3.1 单缸柴油机运动学及动力学仿真
• 2.3.1.1 单缸柴油机三维几何实体模型的建立
• 2.3.1.2 曲柄连杆机构运动学分析
• 2.3.1.3 曲柄连杆机构动力学分析
• 2.3.2 16V240ZJ 型机车柴油机运动学及动力学仿真
• 2.3.2.1 16V240ZJ 型柴油机轴系几何模型的建立
• 2.3.2.2 16V240ZJ 型柴油机轴系运动学及动力学仿真结果及分析
• 2.3.3 轴系平衡性分析
• 2.3.4 柔体曲轴的扭振分析
• 2.3.5 曲柄连杆机构配重形心位置优化分析
• 2.3.5.1 优化结果及分析
• 本章小结
• 第三章 机车柴油机组合活塞有限元仿真分析
• 3.1 机车柴油机组合活塞裂损失效原因分析
• 3.1.1 机车柴油机活塞裂损统计分析
• 3.1.2 机车柴油机组合活塞裂损属性分析
• 3.1.3 机车柴油机活塞裙疲劳断裂原因分析
• 3.2 组合活塞结构仿真分析路线
• 3.2.1 国内外组合活塞三维分析动态
• 3.2.2 组合活塞三维有限元仿真分析的内容
• 3.2.3 组合活塞结构仿真分析技术路线
• 3.2.4 疲劳性能量化方法
• 3.3 组合活塞仿真分析实例
• 3.3.1 仿真分析工作的主要内容
• 3.3.1.1 有限元分析程序
• 3.3.1.2 计算方案和活塞分析系统建模
• 3.3.1.3 荷载工况
• 3.3.1.4 有限元分析模型
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.2.1 机械负荷
• 3.3.2.2 热边界条件
• 3.3.2.3 接触负荷
• 3.3.2.4 位移约束
• 3.3.3 240 活塞仿真结果及分析
• 3.3.3.1 温度场分析
• 3.3.3.2 接触分析
• 3.3.3.3 静强度分析
• 3.3.3.4 活塞裙螺栓座面过渡圆角应力分析
• 3.3.3.5 疲劳性能量化
• 3.4 仿真结果的检验和验证
• 3.4.1 计算结果的验证方法
• 3.4.2 计算方法验证
• 3.4.3 模型计算精度检验
• 3.4.4 装车考核运用验证
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢