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某型柴油发动机曲轴的强度分析及结构优化
| 论文题名： | 某型柴油发动机曲轴的强度分析及结构优化 |
| 关键词： | 柴油发动机;曲轴;应力变形;疲劳断裂;结构优化;有限元模拟 |
| 摘要： | 近年来，对发动机零部件再制造成为科研焦点，在发动机所有零件中，曲轴是极为核心的部件，这是由于其在工作过程中总承受复杂的交变载荷，常会出现裂纹，甚至疲劳断裂的现象。因此，曲轴裂纹探测和修复也成为再制造的核心内容，而对曲轴强度分析是其他研究的基础。 本课题通过ANSYS软件模拟曲轴在所有危险工况时的静态应力，以及模拟其在一个工作周期内的瞬态动力学结果。通过揭示应力变形规律，预测曲轴原有模型存在的危险性，提出优化曲轴强度的措施，验证优化前后模型的静动态应力的过程帮助实现整体应力峰值降低，整轴应力分布的均匀化，从而达到提高曲轴的强度，减少曲轴疲劳断裂失效的目的。 首先，用UG软件建立曲轴模型，包括详细三维模型和简化后的模型。然后，通过对发动机以及曲柄连杆机构进行理论分析，得到示功图，连杆力变化曲线，发动机输出扭矩等参数，为后续有限元分析提供边界条件。 另外，用ANSYS进行曲轴整轴模型静态应力分析，以最简的模型，最贴近实际的边界条件模拟真实危险工况。同时，对曲轴单拐模型进行一个工作周期内的瞬态动力学分析。更加全面的揭示了曲轴应力分布和变形规律，包括每个危险时刻曲轴应力变形情况和一个工作周期内曲轴应力变形情况。 最后，根据强度分析结果预测曲轴存在的危险性，总结影响曲轴应力的因素，并提出通过改善圆角结构优化曲轴强度的意见。用APDL语言编程，对曲轴圆角结构进行参数化设计，得到最优参数组合，使对应力的大小和分布的优化达到最佳效果。从静应力和动态应力两个角度对比分析了新结构和原结构。 本课题从多方面的角度对曲轴强度进行研究，也从不同的角度证明了阶梯型圆角结构对曲轴强度的优化作用。不仅讨论了总体应力峰值情况，而且讨论并改善了应力峰值的分布问题。对曲轴优化前后结构同时进行了横向和纵向应力情况的对比分析，且采用静强度和动应力相结合的方式，使研究更加全面。并总结出一套研究方法，包含分析曲轴强度，优化其结构以及验证此优化方案的过程。 |
| 作者： | 朱晨虹 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 兰箭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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