曲轴强度模态分析报告.doc

曲轴强度模态分析报告柴油机曲轴ANSYS计算报告蔡川东:......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................6结果与讨论[***********]21212131摘要曲轴是柴油机中最重要的部件之一,也是受力情况最复杂的部件,他的参数尺寸以及设计方法在很大程度上影响着柴油机的性能和可靠性。随着柴油机技术的不断完善和改进,曲轴的工作条件也越来越复杂。曲轴设计是否可靠,对柴油机使用寿命有很大影响,因此在研制过程中需要给予高度重视。因此,对曲轴的结构进行强度分析在柴油机的设计和改进过程中占有极为重要的地位。此外,在周期性变化的载荷作用下,曲轴系统可能在柴油机转速范围内发生共振,产生附加的动应力,使曲轴过早的出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏,因此有必要对曲轴进行动态特性分析以获取其固有频率避免共振带来不良影响。本文以六缸柴油机的曲轴为对象,计算分析了曲轴在一种载荷工况下的强度分析,找出其最大应力所在位置,以及讨论起是否在参考安全范围内,为曲轴设计中的强度计算提供一种可行性方案。同时对曲轴进行模态分析,找出其各阶固有频率,并观察其各阶模态形状,为柴油机避免共振提供数据参考。实验采用有限元法对曲轴进行分析,有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法,是分析各种结构问题的强有力的工具,使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。本文利用曲轴的三维模型IGES文件,导入Workbench中进行工况设计。比较准确地得到应力、变形的大小及分布和曲轴的固有频率及振型。(1)接触问题属于不定边界问题,即使是弹性接触问题也具有表面非线性,其中既有由接触面积变化而产生的非线性及由接触压力分布变化而产生的非线性,也有由摩擦作用产生的非线性。由于这种表面非线性和边界不定性,所以,一般来说,接触问题的求解是一个反复迭代过程。当接触内力只和受力状态有关而和加载路径无关时,即使载荷和接触压力之间的关系是非线性的,仍然属于简单加载过程或可逆加载过程。通常无摩擦的接触属于可逆加载。当存在摩擦时,在一定条件下可能出现不可逆加载过程或称复杂加载过程,这时一般要用载荷增量方法求解。(2)接触面的连接条件。在接触问题中,除了各相互接触物体内部变形的协调性以外,必须保证各接触物体之间在接触边界上变形的协调性,不可相互侵入。同时还包括摩擦条件—称为接触面的连接条件。采用有限元法分析接触问题时,需要分别对接触物体进行有限元网格剖分,并规定在初始接触面上,两个物体对应节点的坐标位置相同,形成接触对。(3)workbench中有5中接触类型分别是:•Bonded无相对位移。就像共用节点一样。•Noseperation法向不分离,切向可以有小位移。•Frictionless法向可分离,但不渗透,切向自由滑动•Rough法向可分离,不渗透,切向不滑动•Frictional法向可分离,但不渗透,切滑动,有摩擦力。在曲轴分析中需要根据实际情况选择合适的接触类型。柴油机的曲轴在轴颈内可以发生转动即切向自由滑动。而且轴瓦轴颈之间有层薄薄的油膜,起润滑作用,摩擦系数很小,在没有明确给出摩擦系数时,近似为0。因此在设置分析时轴瓦和轴颈之间的接触类型为Frictionless。(1)多点约束在有限