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柴油机连杆有限元分析

徐子静  
【摘要】:在柴油机的众多组成部分中,连杆是非常重要的一种零部件,它不仅能够传递来自活塞的力,而且能够改变传动过程中的运动形式,连杆工作状态的正常与否决定着柴油机的工作状态。因此,对于连杆进行刚度、强度、疲劳寿命的分析对于柴油机的安全运行是十分必要的。连杆的变形会影响曲轴连杆系统的正常工作,造成柴油机振动和噪声增加,严重的话柴油机会无法工作。本文以某型号的直列六缸柴油发动机的连杆作为研究目标,通过专业的商用建模软件建立机器传动系统的实体几何模型,在建模过程中简化了本次分析不关注的零件,譬如曲柄销和活塞销,以此来更加精确的模拟连杆的受力情况,并且利用各种接触关系的方法尽可能的模拟各零件的实际配合状况。利用有限元分析方法在最大拉伸及最大压缩两种工况下对连杆进行了静力学仿真分析,对连杆进行自由状态的模态分析以及连杆疲劳寿命分析。通过分析静力学仿真分析的计算结果后给出了连杆应力较大的危险部位和连杆小头孔的变形情况;通过分析模态分析的计算结果找出连杆的低阶模态的频率,排除了连杆共振的情况;通过分析疲劳寿命分析的计算结果计算出了连杆的疲劳寿命,符合柴油机的设计要求。由于在发动机连杆的有限元分析上,国内和国外的差距在于动力学分析方法的使用,国内普遍采用在极限工况下对连杆进行有限元分析,内燃机实际运行过程中存在一定的误差,国外在这方面的分析已经普遍开始使用基于多体动力学的刚柔耦合分析,更加实际情况下柴油机内部零件的运动情况。因此本文的研究目的是在传统静力学分析的基础上,再通过增加利用多体动力学进行刚柔耦合分析的方法计算出了连杆在柴油机完整四冲程循环的运行周期内的应力分布,对静力学分析和动力学分析的结果进行了对比和分析,给出静力学分析结果和动力学分析结果得差别,为相关方面的仿真工作提供经验。


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