大功率柴油机曲轴静强度有限元分析

摘要

曲轴是大功率柴油机上的重要部件，其技术性能在很大程度上决定着柴油机的性能和使用寿命。柴油机工作过程中，曲轴失效形式往往表现为曲轴特定位置的塑性变形或疲劳断裂，因而柴油机曲轴的强度分析尤其重要。
　　 随着计算机技术、特别是计算力学的发展与应用，有限元法由于具有周期短、成本低、计算结果可靠等优点，已经被广泛应用于复杂机械结构的强度分析优化中。本文采用有限元分析软件ANSYS对大功率柴油机曲轴进行了强度分析。利用子模型技术来提高曲轴强度分析的计算精度和效率，利用三维有限元接触分析来模拟主模型和子模型的切割边界条件，使得结构模拟更加完整、准确。
　　 本文研究的主要内容有：建立有限元分析模型，进行运动特性分析，确定位移和载荷边界条件，确定强度分析的危险工况，进行强度有限元分析，校核静强度安全系数，采用自编程序校核两种载荷组合工况下的疲劳强度安全系数。
　　 本文的分析结果符合大功率柴油机曲轴的运行实际，这证明本文的分析结果正确可靠，采用的分析方法切实可行。此外，采用子模型技术和三维接触分析技术对大功率柴油机曲轴进行了强度分析，采用自编程序校核两种载荷组合工况下的疲劳强度安全系数，均具有一定的创新性。本文获得的分析数据为曲轴结构参数设计优化和进一步改进曲轴的性能提供了有益的分析数据，为提高我国机车柴油机性能奠定基础，同时也为复杂机械结构的强度分析提供了一条有效的分析途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文的背景和意义

1.2曲轴强度分析的研究现状

1.3本文的研究内容

本章小结

第二章曲轴强度分析的理论基础

2.1有限元法

2.1.1位移模式与形函数

2.1.2应力——应变方程

2.1.3坐标变换

2.1.4刚度矩阵

2.1.5载荷列阵

2.1.6用最小位能原理求节点位移

2.2有限元接触分析

2.2.1一般接触问题的描述

2.2.2接触问题求解的一般过程

2.3子模型技术

2.4强度分析

2.4.1静强度安全系数校核

2.4.2疲劳强度安全系数校核

2.5.ANSYS软件简介

本章小结

第三章曲轴有限元分析模型的建立

3.1建立几何及有限元分析模型

3.2运动特性分析

3.3边界条件确定

3.3.1位移(约束)边界条件

3.3.2载荷边界条件确定

本章小结

第四章曲轴强度分析

4.1曲轴变形分析

4.2曲轴应力分析

4.3强度校核

4.3.1静强度安全系数校核

4.3.2疲劳强度安全系数校核

本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢