某新型发动机活塞连杆机构接触问题研究

论文摘要

某新型发动机不仅由于转速、功率的提升,使得结构承受温度、转速、载荷的负荷不断加重,而且由于对升功率（额定功率／气缸体积）的要求不断提高,使得发动机零部件在缩减体积的情况下,还要增大功率。作为发动机的主要动力机构,活塞-连杆-曲轴组承载着能量转换的核心任务,可见其在整机重占有极其重要的地位,而其力学传递机制直接影响着发动机的效率,所以对影响活塞-连杆-曲轴组部件间力学传递机制的运动副接触状态进行研究就显得极为必要。本文以CA6DL-7.7L型柴油发动机为模型,对活塞-连杆-曲轴组部件间的运动副接触状态做了比较深入的研究。本文结合活塞-连杆-曲轴组部件的结构特点,详细分析了它的接触状态。在此基础上,建立起连杆组与活塞组的Pro/E三维模型,并导入通用有限元分析软件ANSYS12.1中建立了接触有限元模型。首先,对连杆组部件间的接触状态做了具体的接触非线性有限元数值模拟,重点研究了销孔间隙、材料属性等因素对接触区域及接触应力的影响,得出了销孔间隙与接触包角间关系,并修正了销孔的承压强度公式。其次,通过对连杆组构件的试验研究,并与有限元数值模拟相比较,验证了接触有限元模型的合理性。最后,完成了在最大气体燃爆力工况下的活塞组接触非线性有限元仿真,对其接触状态、接触应力及接触包角做了详细的分析,并验证了销孔间隙与接触包角关系式的适用性。通过对活塞连杆机构接触问题的研究,得出了销孔间隙与实际接触边界的关系并修正了活塞销、曲轴销的承压强度计算公式,对某新型发动机的设计改进、动力学分析及刚强匹配等具有参考指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 接触理论及其有限元分析方法
• 2.1 接触理论
• 2.1.1 接触问题的分类
• 2.1.2 接触问题分析
• 2.1.3 接触问题的基本方程
• 2.2 接触问题的有限元工具（ANSYS）介绍
• 2.2.1 ANSYS的主要技术特点
• 2.2.2 ANSYS的功能简介
• 2.3 ANSYS接触问题有限元介绍
• 2.3.1 ANSYS的接触能力
• 2.3.2 ANSYS的接触单元
• 2.4 ANSYS面面接触分析方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 连杆组接触非线性有限元数值模拟
• 3.1 活塞-连杆-曲轴组的接触状态分析
• 3.2 连杆组建模及有限元数值模拟
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 单元选择及网格划分
• 3.2.3 接触对的建立
• 3.2.4 位移边界条件及载荷处理
• 3.2.5 有限元分析结果
• 3.3 运动副间隙对接触包角的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 连杆组边缘点应力试验
• 4.1 试验方案、仪器
• 4.2 试件初始数据及连杆测点布置
• 4.2.1 活塞销-连杆-曲轴组初始数据
• 4.2.2 试验夹具设计
• 4.2.3 连杆测点布置
• 4.3 试验加载及结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 连杆组试验与数值模拟比较
• 5.1 试验数据分析与处理
• 5.1.1 试验数据修正
• 5.1.2 等效应力换算
• 5.2 有限元数值模拟
• 5.3 试验结果与有限元数值模拟比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 活塞组接触非线性有限元仿真
• 6.1 活塞-活塞销组件简介
• 6.2 活塞组接触非线性数值仿真
• 6.2.1 几何模型的建立
• 6.2.2 活塞-活塞销接触分析
• 6.3 活塞组仿真结果分析
• 6.3.1 接触状态分析
• 6.3.2 接触应力分析
• 6.3.3 接触包角分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢