详情

原文传递发动机曲轴疲劳极限载荷预测方法研究

论文题名：	发动机曲轴疲劳极限载荷预测方法研究
关键词：	汽车发动机;曲轴疲劳强度;极限载荷预测;结构参数;可靠性分析
摘要：	发动机曲轴的应力集中现象严重，特别是在曲柄销圆角和主轴颈圆角部位的应力集中现象尤为突出，曲轴疲劳破坏往往发生于这些区域。随着发动机强化程度的提高，对于曲轴强度要求也越来越高，传统的通过曲轴形状系数和经验公式计算曲轴疲劳强度的方法已经无法满足发动机机高可靠性、低重量、低成本的设计要求。因此，分析结构参数和处理工艺对曲轴疲劳强度的影响，研究准确预测构件的疲劳极限载荷的方法，探讨如何对曲轴疲劳试验数据进行有效的统计分析，对于研究曲轴的疲劳强度可靠性具有实际意义。　　为此，本文围绕曲轴疲劳强度可靠性研究主题，主要开展了以下工作：　　(1)曲轴结构关键参数对疲劳强度的影响分析。基于iSIGHT-FD平台和DOE方法，将有限元分析、变结构参数设计与试验设计相结合，分析了曲轴关键结构参数对疲劳强度的影响。　　(2)处理工艺对曲轴疲劳强度的影响分析。应用“F”检验法、“t”检验和秩和法，分析了氮化时间和滚压工艺对曲轴疲劳强度的影响。　　(3)基于裂纹模拟技术与试验数据结合的曲轴疲劳极限载荷预测方法研究。通过某种型号曲轴疲劳试验数据推导出该零件等效标准裂纹体材料的扩展门槛值△Kth，并利用得到的△Kth值，通过曲轴与标准裂纹体等效关系，预测曲轴的疲劳极限载荷。　　(4)基于缺口件等效与渐进插值法预测曲轴的疲劳极限载荷方法研究。采用应力梯度拟合方法将曲轴应力集中等效为标准缺口件，并通过渐进插值法，引入虚拟短裂纹进行短裂纹修正，预测曲轴的疲劳极限载荷。　　(5)曲轴疲劳试验数据处理技术研究。对曲轴的疲劳试验数据分布进行数据统计回归分析，对各种分布规律与曲轴疲劳试验数据的吻合程度进行拟合效果评价，并将极大似然法用于曲轴弯曲疲劳性能曲线测定。　　通过上述工作，获得了以下主要结论：　　(1)在需要提高曲轴疲劳强度时，增大圆角半径或增大曲柄厚度比改变重叠度和曲柄半径的效果要显著。氮化时间长短对曲轴疲劳强度有一定的影响，但影响效果不大，滚压工艺能改善曲轴疲劳强度性能。　　(2)曲轴应力集中可以较好地等效为标准裂纹体模型，等效裂纹体扩展门槛值△Kth的确定与预测曲轴疲劳极限载荷的准确性密切相关，通过已有试验数据推导出门槛值△Kth，能比较准确的预测曲轴疲劳极限载荷。　　(3)裂纹体与实际构件之间有本质不同，标准缺口件与实际构件的疲劳强度同属于应力集中问题，标准缺口件与实际构件等效比裂纹体与实际构件等效效果更好，标准缺口件等效的优势在于可以将经过工艺处理的实际构件等效为相同工艺处理的标准缺口件。　　(4)曲轴疲劳强度试验数据与6种统计分布包括两参数威布尔分布、三参数威布尔分布、正态分布、对数正态分布、极大值分布、极小值分布拟合达到很高的吻合度，极大似然法能应用于曲轴疲劳强度性能曲线的测定，但存在较大的误差。
作者：	陈晓平
专业：	车辆工程
导师：	俞小莉
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文