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曲柄连杆机构三维瞬态动应力数值仿真研究

徐敏  
【摘要】:曲柄连杆机构是发动机最核心机构之一,直接影响到发动机的性能和可靠性。随着内燃机向高速、大功率、高负荷方向发展,曲柄连杆机构的工作环境愈加恶劣。因此,研究曲柄连杆机构的动力学特性,分析各运动部件的运动规律、受力情况以及应力/应变的大小与分布,将为发动机的研发设计以及机构优化提供非常有价值的参考依据。 本文以CUB100发动机为研究对象,通过实验的方法测取了标定工况下缸内压力随曲轴转角的变化规律。在此基础上,从静力学角度出发,分别建立了CUB100发动机活塞、连杆和曲轴三维有限元分析模型。通过数值模拟方法,求解了活塞、连杆和曲轴三大构件准静态三维应力场分布及应变。通过对计算结果的分析,对构件的强度进行了评价,并提出了改进措施与建议。 在静态有限元分析的基础上,通过定义构件间的连接关系,建立了曲柄连杆机构多体动力学仿真模型。通过数值模拟,获得了曲柄连杆机构三维瞬态应力场分布及应变。选取部分曲轴转角下的应力分布云图与静力学计算结果进行对比,分析两者之间的差异及产生的原因。分析表明,曲柄连杆机构动力学仿真计算结果更为合理,更接近于实际情况。


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