基于LS-DYNA软件的曲柄连杆机构动力学仿真

论文摘要

曲柄连杆机构是内燃机最为重要的运动机构。以往对曲柄连杆机构动力学分析主要利用质点力系法和多刚体动力学方法。但是质点力系法分析过于简单，多刚体动力学方法将机构考虑成刚体，也不能完全反映机构的受力情况。本文基于多柔体动力学方法、采用ANSYS/LS-DYNA软件对TBD620单缸柴油机曲柄连杆机构运动学和动力学进行分析，得到影响曲柄连杆机构各部件运动的因素与曲柄连杆机构各部件受力分布情况。本文主要研究内容如下：1．首先，采用质点力系方法对TBD620柴油机进行运动学与动力学计算，得到其运动学和动力学的理论解。然后在LS-DYNA中建立TBD620单缸柴油机实体模型（包括曲轴，活塞，气缸，连杆，衬套，轴瓦），探索其相关参数的设定。2．研究了转速、活塞型线、活塞与气缸间隙等因素对活塞二阶运动的影响，并在此基础上，研究了转速、活塞与气缸间隙对连杆运动的影响。3．在额定转速下，研究活塞、连杆各部件的受力规律以及应力分布情况，分析结果表明活塞的受力主要集中在活塞顶部和活塞销处；连杆的拉伸应力主要集中在连杆的杆身位置，分析结果为内燃机设计提供依据，同时也为柴油机仿真分析提供了一种新的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 曲柄连杆机构运动学和动力学分析方法简介
• 1.2.2 曲柄连杆机构动力学仿真现状
• 1.2.3 LS-DYNA 简介
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 TBD620 柴油机曲柄连杆机构动力学理论分析
• 2.1 曲柄连杆机构的运动学分析
• 2.1.1 活塞位移的分析
• 2.1.2 活塞速度的分析
• 2.1.3 活塞加速度的分析
• 2.1.4 连杆运动学的分析
• 2.2 曲柄连杆机构动力学分析
• 2.2.1 活塞销处受力分析
• 2.2.2 曲柄销处受力分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 曲柄连杆机构运动学仿真分析
• 3.1 曲柄连杆机构的建模与载荷施加
• 3.1.1 模型简化
• 3.1.2 接触的定义与摩擦力的加载
• 3.1.3 单元类型与网格划分
• 3.1.4 曲轴转速的定义
• 3.2 热态对活塞的影响
• 3.2.1 活塞传热理论
• 3.2.2 活塞温度场分析
• 3.2.3 热变形对活塞-缸套间隙的影响
• 3.3 部件刚度对活塞横向运动的影响
• 3.3.1 活塞与气缸无间隙的情况
• 3.3.2 活塞与气缸间隙为 0.5mm 的情况
• 3.4 转速对活塞运动的影响
• 3.4.1 活塞与气缸无间隙的情况
• 3.4.2 活塞与气缸间隙为 0.5mm 的情况
• 3.4.3 活塞与气缸间隙为 0.2mm 的情况
• 3.5 活塞与气缸间隙对活塞运动的影响
• 3.5.1 活塞与气缸间隙为 0.5mm 的情况
• 3.5.2 活塞与气缸间隙为 0.3mm 的情况
• 3.5.3 活塞与气缸间隙为 0.2mm 的情况
• 3.6 间隙对连杆运动的影响
• 3.6.1 不同间隙下连杆的横向运动情况
• 3.6.2 不同间隙下连杆的纵向运动情况
• 3.7 转速对连杆运动的影响
• 3.7.1 不同转速下连杆的横向运动情况
• 3.7.2 不同转速下连杆的纵向运动情况
• 3.8 本章小结
• 第4章 曲柄连杆机构动力学仿真分析
• 4.1 仿真与理论的对比分析
• 4.1.1 活塞销处受力对比
• 4.1.2 曲柄销处作用力对比
• 4.2 连杆的受力分析
• 4.2.1 X 方向应力分析
• 4.2.2 Y 方向应力分析
• 4.3 活塞受力分析
• 4.3.1 活塞敲击力分析
• 4.3.2 活塞受力云图分析
• 4.4 连杆轴瓦受力分析
• 4.4.1 轴瓦运动学分析
• 4.4.2 轴瓦应力分析
• 4.4.3 与 EXCITE 软件仿真对比
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢