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船舶柴油机轴系裂纹检测中的有限元分析应用研究
| 论文题名： | 船舶柴油机轴系裂纹检测中的有限元分析应用研究 |
| 关键词： | 有限元软件;船舶柴油机;轴系裂纹检测;磁记忆检测传感器 |
| 摘要： | 本文主要以有限元软件ANSYS为基本分析工具，以含裂纹的柴油机曲轴为研究对象，引入ANSYS参数化语言APDL编程技术和MATLAB数据可视化技术，对裂纹的磁记忆检测中涉及到的曲轴应力分布进行结构静力分析，对涡流检测中的传感器附近电磁场进行低频谐性电磁场分析，将裂纹产生机理、磁记忆检测、轴系应力有限元分析、涡流检测、电磁场数值模拟有机结合，为促进电磁无损检测方法在船舶柴油机轴系裂纹探伤中的应用作初步探索。 首先，分析了船舶柴油机曲轴裂纹的几种不同形式：微炸纹、烧瓦裂纹和疲劳裂纹等三种常见裂纹，指出疲劳裂纹是引起造成曲轴断裂的主要原因之一，同时给出了预防曲轴裂纹的一些措施。总结了轴类零件应力计算的四种常用方法。比较了求解电磁检测问题的两种不同方法，以麦克斯韦电磁方程组为依据，引入辅助变量动态矢量A和标量Φ求解电磁场边值问题，推导了电磁场问题的有限元解法和后处理问题。 其次，在对曲轴有限元模型进行规范化研究的基础上，利用APDL语言编制了曲轴的参数化分析模块，实现了曲轴建模参数化，提高了有限元分析的工作效率。本文从裂纹的发展初始阶段应力集中区域着手，利用ANSYS软件APDL编程方法建立柴油机曲轴模型，施加与实际运行相似的模拟受力和约束状态，计算出曲轴应力分布。根据分布状态指导磁记忆检测传感器的布置和检测，可较为准确地发现曲轴裂纹。 最后，基于阻抗分析方法，建立裂纹特征与涡流信号的检测模型，以确定检测线圈的阻抗变化。采用ANSYS建立二维有限元模型，求解工件表面的涡流电磁场分布，以求得相关电磁参量的大小和检测传感器线圈电压信号值。为直观地描述裂纹对涡流检测电磁场参量的影响，利用有限元模型计算的结果，运用MATLAB进行可视化模拟。经比较可以发现，计算结果与检测结果相吻合。使用涡流方法检测裂纹缺陷，操作简单快速、信号明显、数据可靠，方法可行、有效，适合于柴油机轴系的裂纹检测。 |
| 作者： | 李寒林 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 林金表 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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