N485柴油发动机连杆曲轴结构强度分析与优化设计

摘要

该论文尝试在N485柴油机改进设计中,应用有限元分析技术解决该发动机连杆和曲轴结构强度分析及优化问题.在整个研究工作中,论文作者首先利用有限元现代分析技术分析连杆在原负荷下的静强度和疲劳强度,并用成熟可靠的经验分析技术验算连杆关键点处的有限元分析结果,从而保证有限元分析结果的真实可靠.在取得连杆原负荷有限元分析成功经验的基础上,作者对发动机增压后的连杆和曲轴进行静强度分析和疲劳强度分析,并针对连杆在增压后存在的强度问题,在充分考虑结构可行性与工艺可行性.并尽量可能降低成本增加的基础上,综合利用有限元优化技术、疲劳分析技术,提出了连杆的改进方案,并对该方案作了有限元静强度校核.通过该文的研究工作,圆满解决了N485柴油机增功改造设计中存在的工程技术关键问题,保证了技改质量,缩短了开发周期,并为企业积累了宝贵的技术数据和实施现代化设计技术的经验,为推广有限元分析技术在企业的应用和对今后产品开发工作具有重要的示范意义.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1本课题的工程背景

1.2发动机分析和设计技术国内外现状综述

1.3本文研究的内容

2连杆和曲轴结构强度分析的相关理论以及优化

2.1引言

2.2有限元静力学分析理论基础

2.2.1引言

2.2.2有限元静力学分析过程一般步骤

2.3空间三维实体有限元法的一般理论

2.3.1引言

2.3.2离散化模型

2.3.3单元的位移模式

2.3.4应变、应力矩阵

2.3.5刚度矩阵

2.4四面体单元

2.4.1引言

2.4.2四面体单元的位移函数

2.4.3四面体单元的应变状态及[B]矩阵的导出

2.4.4应力矩阵和刚度矩阵

2.5有限元优化设计

2.5.1引言

2.5.2有限元优化模型

2.5.3单元特性优化

2.5.4形状优化

2.6疲劳强度分析基础理论

2.6.1引言

2.6.2关于应力的处理分析

2.6.3关于疲劳安全系数的分析计算

2.7小结

3柴油机连杆的强度分析及其结构改进

3.1引言

3.2柴油机连杆的受力分析

3.2.1连杆的结构特点

3.2.2连杆的载荷特点

3.2.3作用于连杆的力

3.2.4连杆最大拉伸工况下的载荷

3.2.5连杆最大压缩工况下的载荷

3.3柴油机连杆的经验计算

3.3.1连杆小头的经验计算

3.3.2连杆杆身的经验计算

3.4有限元技术分析连杆的过程及其结论

3.4.1建模处理

3.4.2对连杆载荷处理

3.4.3连杆的有限元技术分析结论

3.5经验计算值与有限元分析比较及其小结

3.5.1经验技术计算值与有限元分析比较

3.5.2小结

3.6柴油机增压后连杆静强度分析

3.7结构改进方案的提出

3.8结构改进后，增压下连杆的分析校核

3.9小结

4柴油机曲轴的静强度有限元分析

4.1引言

4.2曲轴空间刚架有限元模型建立

4.2.1曲轴各转角的载荷

4.2.2曲轴危险工况的筛选

4.3曲轴有限元模型的建立

4.3.1结构特点

4.3.2载荷特点

4.3.3工况1～4有限元模型的建立

4.3.4载荷的处理

4.3.5约束条件处理

4.4 N485柴油机工况1～4有限元分析结果

4.5 N485柴油机曲轴工况5有限元分析结果

4.6 N485柴油机曲轴有限元分析

4.6.1曲轴疲劳安全系数的计算

4.6.2曲轴有限元分析结论

4.7小结

5结论

致谢

参考文献