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某单缸发动机连杆的频率可靠性分析及优化
| 论文题名： | 某单缸发动机连杆的频率可靠性分析及优化 |
| 关键词： | 摩托车;单缸发动机;连杆结构;动力学;频率可靠性;参数优化 |
| 摘要： | 连杆是发动机中的关键构件之一。连杆在工作过程中受到各种复杂周期性变化的载荷、热应力及振动影响，使得连杆在工作过程中极易发生功能失效，进而引起整个发动机的工作失效，因而对曲柄连杆机构进行动力学分析，并在此基础上对连杆构件进行可靠性分析和优化就显得尤为重要。 本文以宗申NC450型摩托车发动机连杆为研究对象，结合系统动力学、有限元分析、可靠性理论等相关基础学科，应用有限元分析软件、多平台集成优化设计及MATLAB软件对其进行动力学分析、随机有限元模态分析，并设计了集成仿真实验，获得了随机设计变量输入的模态频率响应值，进而完成了连杆频率可靠性分析及优化，总结出了频率可靠性分析及优化的方法。本文研究内容如下: (1)由运动模型图和力学模型，结合运动学和动力学知识，运用数学分析软件MATLAB求得了曲柄连杆机构在工作过程中相关组件的参数变化图，求得连杆大头、小头所受的力的变化曲线，确定了连杆有限元分析的位移和载荷约束条件。 (2)建立了适用于ANSYS的连杆静力有限元分析模型，并完成了连杆静强度有限元分析，得到了连杆在最大拉伸和压缩工况下的应力云图，确定了连杆工作中产生应力集中的危险节点，求得了两种工况下的应力极值，完成了连杆静强度校核。 (3)运用ANSYS软件，完成了连杆约束模态分析，利用多平台集成优化软件ISIGHT集成ANSYS设计联合仿真实验，得到了随机设计变量输入下的连杆最低阶固有频率的响应值;设计DOE实验对样本对进行了主效应分析、Pareto图分析，筛选出对响应较为敏感的设计变量。 (4)应用MATLAB软件，编制相应的BP神经网络程序，对筛选出的样本对进行非线性神经网络回归分析，求得了满足设计精度的权值和阈值，拟合了连杆的频率失效功能函数;结合均值一次二阶矩法，对连杆的频率可靠性进行了分析。 (5)分别以连杆的可靠性和最低阶固有频率为目标，运用近似代理模型的思想，采用RBF神经网络代理模型结合ASA算法（自适应模拟退火算法）对连杆的可靠性和设计变量参数进行优化，经优化，连杆的最低阶固有频率提升了32.6％，降低了连杆工作时落入共振频率区域的可能性。相应地，连杆可靠度指标β相对提升了5.2％。 |
| 作者： | 王高爽 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 胡启国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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