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6L21/31型船用中速柴油机虚拟样机技术研究

史万强  
【摘要】:在船舶柴油机生产实践中,曲柄连杆机构无疑是最重要的部分。对于企业而言,其单个零部件质量的好坏,将直接影响整个机构的正常运转,甚至是整部柴油机的运行效率及使用期限,对于企业的声誉也会有不好的影响。 针对镇江中船设备有限公司所属的个别6L21/31型船用中速柴油机,在实际运行过程中,曲轴的某些部位有裂纹出现,影响了产品质量这种状况,本文基于多刚体系统动力学及刚-柔耦合系统动力学的基础理论,研究了虚拟样机技术在船舶动力装置方面的应用情况。找出了问题的原因并给出了相应的对策。 其主要的研究工作如下: (1)对6L21/31型船用中速柴油机的曲柄连杆机构运动学、动力学规律进行了理论的分析和计算。 (2)运用Pro/E建立了该型柴油机曲柄连杆机构以及相关联的零部件的三维实体模型,并基于Pro/E的虚拟装配模块,完成了6L21/31型船用中速柴油机三维模型的装配。 (3)利用Pro/E和ADAMS软件相结合的方法,将6L21/31型柴油机三维实体装配模型转化为多刚体动力学仿真模型,并进行了运动学与动力学仿真研究。 (4)利用ANSYS对该型柴油机的曲轴进行了柔性化处理,再结合ADAMS构建了6L21/31型船用中速柴油机曲柄连杆机构刚-柔耦合的虚拟样机模型,完成了该型柴油机曲轴的动态应力仿真分析。 通过以上几个方面的研究工作,我们得出以下两项结论: (1)基于虚拟样机技术,完成了对镇江中船设备有限公司6L21/31型船用中速柴油机曲柄连杆机构多刚体的运动学、动力学以及刚-柔耦合的动态应力仿真分析,获得了该型船用柴油机曲柄连杆机构较为准确的运动学、动力学特性和曲轴的最大应力值和位置,并且具有很高的精度。为该曲柄连杆机构的进一步优化设计和性能改进提供可靠的依据。 (2)基于以上取得的研究成果,应用虚拟样机技术能够替代6L21/31型船用中速柴油机的实物样机,对其进行性能仿真和优化设计。相对于传统的设计研究,既减少了研发的成本和周期,也提高了设计的质量。这对于其他型号船舶柴油机的相关研究也具有积极的意义。


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