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基于多体动力学的柴油机振动分析及曲轴的疲劳分析

张兆强  
【摘要】:柴油机作为汽车、机车、工程机械、船舶等的基本动力装置,自二十世纪五十年代以来,其保有量在日益增加,人们对柴油机的性能要求也越来越高。随着柴油机强化指标的不断提高,部件工作条件的复杂化,柴油机产生的振动和噪声问题也逐渐被人们所重视。传统的柴油机降振减噪工作重点主要是放在各部件模型的精确化和激励力的确定上面,以期提高各部件动态响应的分析精度,而对于柴油机整机结构的模态分析和动态分析研究相对较少。所以,本文基于多体动力学理论对某型号柴油机整机结构作详细的分析,并对主要部件曲轴进行疲劳强度校核,探索一条较为精确的柴油机动力学性能的评价方法。 本文选取某6缸柴油机作为研究对象,运用有限元软件ANSYS于多体动力学分析软件ADAMS建立柴油机的刚柔耦合多体动力学模型(曲轴、机体为柔性体;活塞,连杆等为刚体)。在ADAMS中进行柴油机整机的动态响应计算,并与主要部件曲轴和机体模态分析结果作比较,并分析了影响柴油机振动的主要因素。然后在曲轴模静力学分析的基础上运用疲劳分析软件FE-SAFE对曲轴在主要工况下的疲劳强度进行校核。计算结果表明,整机分析更能准确反映柴油机的实际工作状况,同时说明本文考察的柴油机动力学性能和曲轴的抗疲劳强度达到设计要求。 通过上述工作及计算分析可见,运用多体动力学理论能更准确反映出柴油机的实际工作状况并预测实际柴油机的动力学性能。有助于在柴油机研发过程中进一步提高研发效率、节约研发成本、提升产品性能。


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