曲轴整体三维分析边界条件模拟的研究

论文摘要

曲轴是柴油机最重要的部件之一。柴油机长期的运用实践表明，曲轴连杆颈和主轴颈处的圆角部位附近的应力集中，是造成曲轴破坏的重要原因，必须进行仔细分析，这只有通过整根曲轴的静力和动力分析才能解决。但是，在对曲轴进行三维静力计算时，怎样合理模拟曲轴与机体主轴承座的联接，仍是一个需要探索的问题；另外，曲轴是通过油膜将主轴颈支撑在主轴瓦上，进而支承在机体的主轴承座上的，因此要进行曲轴的动力学计算，需要计算曲轴各个计算转角的主轴瓦油膜压力，求解Reynolds方程，而这首先要知道各个计算瞬时曲轴主轴颈表面各点的接触内力。要解决上述问题只有对曲轴引入接触连接的三维整体计算，但是接触连接的规模与计算时间和结果精度有直接联系，因此有必要对不同的接触模型计算的结果进行横向比较，并选择出最佳连接方案。本文以力学和有限元理论为基础，以16V240ZJB型柴油机曲轴为研究对象，利用大型CAD／CAE软件I-DEAS和MSC.Marc进行曲轴整体三维分析边界条件的研究。首先建立忽略轴颈圆角部位、但是引入了接触连接的曲轴三维简易接触模型，以各气缸爆发瞬时为计算工况，进行总共16次的曲轴整体初始计算，并确定危险工况。然后在危险工况下，按照连杆颈与连杆、主轴颈与机体之间接触连接组合的不同建立起六种不同的引入圆角的曲轴复杂接触模型，对计算结果进行横向比较，选择出曲轴瞬时计算的最佳接触连接方案。最后给出危险工况下主轴颈处的接触反力，为曲轴下一步的动力学计算提供有力的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 第一章 课题概述
• 1.1 曲轴研究的发展与现状
• 1.2 课题的具体步骤及遇到的主要问题
• 1.3 软件的选择及简介
• 第二章 有限单元法基础理论
• 2.1 有限单元法综述
• 2.2 有限单元法的定义及计算步骤
• 2.3 接触理论
• 2.3.1 接触的基本算法
• 2.3.2 Marc接触计算中的主要参数
• 本章小结
• 第三章 曲轴三维简易接触模型的计算及危险工况的确定
• 3.1 曲轴简介
• 3.2 16V240ZJB型柴油机曲轴简介
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 网格划分
• 3.3.2 载荷及约束的施加
• 3.3.3 材料属性的定义
• 3.3.4 接触连接的设置
• 3.4 分析计算与结果分析
• 3.4.1 简易接触模型的计算
• 3.4.2 计算结果分析
• 本章小结
• 第四章 曲轴复杂接触模型的计算及各种接触连接方式的比较
• 4.1 曲轴轴颈圆角部位的概述
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 模型网格的划分
• 4.2.2 载荷及约束的施加
• 4.2.3 材料属性的定义
• 4.2.4 接触连接的设置
• 4.3 复杂接触模型的计算
• 4.4 计算结果分析和不同工况之间的比较
• 4.4.1 简单连接计算的结果分析
• 4.4.2 中等连接计算的结果分析
• 4.4.3 复杂连接计算的结果分析
• 4.4.4 三种接触连接方式结果横向比较
• 4.5 主轴颈接触反力
• 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