柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究.pdf

图书分类号 TK422 密级非密 UDC 注1 硕士学位论文柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究指导教师苏铁熊教授王军讲师申请学位级别工学硕士专业名称动力机械及工程论文提交日期 2013 年 04月 20日论文答辩日期 2013 年月日学位授予日期年月日论文评阅答辩委员会主席 2013年月日原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下, 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 日期: 关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定,其中包括:①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; ②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;③学校可允许学位论文被查阅或借阅;④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文;⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名: 日期: 导师签名: 日期: 中北大学学位论文柴油机曲轴疲劳寿命预测方法研究摘要曲轴作为发动机内部最主要的运动部件,在发动机中扮演着极为重要的角色。在实际工作过程中,在周期性变化的气体压力、运动质量惯性力及其力矩的作用下,其内部产生迅速变化的拉、压、弯、扭交变应力,由于曲轴的形状复杂,所以在主轴颈、曲柄销与曲柄臂接触的圆角部位存在着严重的应力集中现象,容易产生曲轴疲劳裂纹,继而导致曲轴断裂。而曲轴一旦失效,就可能引起其他部件随之破坏,产生严重后果。针对这一问题,本文首先分析了曲轴承受的载荷,并通过一维动力学软件获得曲轴的载荷, 其次建立单拐曲轴组合结构的三维模型及有限元模型,依据有限元动力学问题理论基础,对曲轴进行了动态响应分析,并重点分析了高应力部位的应力状态特征,最后将瞬态分析结果导入到疲劳软件中结合疲劳累计损伤理论,预测曲轴疲劳寿命。建立单拐曲轴、轴承盖等零件的三维实体模型,然后将其导入专业的网格划分软件 ANSA中对各个零件进行材料、属性的设置,在保证计算结果准确度的前提下,针对各个零件的结构特点,选择合理的单元类型和单元尺寸进行网格划分,在曲轴主轴颈与轴承盖之间定义两对接触关系,并依据实际情况对曲轴以及轴承盖施加约束边界条件,建立一柱坐标系,为后续选取加载区域打下基础,完成曲轴组合结构的有限元网格模型的建立。将网格模型导入有限元分析软件ANSYS当中,改变坐标系,通过选取节点的X、 Y、Z值,确定载荷施加区域的节点,将AVLboost获得的径向力通过公式分布规律转化成压力,并编写成APDL命令流,该命令流将周期性连杆轴颈压力以载荷步的形式施加在选取的节点上。合理设置初始条件、载荷类型、非线性选项、积分方法等,基于直接积分法中的Newmark隐式算法,采用ANSYS软件中的完全法进行一个工作循环的动态响应分析,得到曲轴在一个工作循环内的应力值,对高应力部位的应力时间历程曲线进行分析,便于了解和把握曲轴动态响应特性,并为疲劳分析提供理论依据。把瞬态动力学分析的应力结果导入到疲劳分析软件Designlife中,通过设置材料的屈服极限和抗拉强度,获得曲轴材料的S-N曲线,选取曲轴的最大主应力作为损伤参量, 中北大学学位论文根据线性累计损伤理论对结构的疲劳寿命进行预测,得到曲轴在径向力作用下的疲劳寿命预测结果。关键词:曲轴,瞬态动力学,S-N曲线,疲劳寿命预测中北大学学位论文 Diesel Engine Crankshaft Fatigue Life Prediction Method Study Author: SHIJian-xiang Tutor: SUTie-xiong Abstract The crankshaft as the most important moving parts of the engine interior, and plays a very important role in the engine. The crankshaft withstand the gas pressure of the cylinder as well as the cyclical changes in the load caused by the inertial force of the reciprocating and rotating massesin the working process,may also be expo