船舶柴油机曲轴轴系多体动力学仿真研究

摘要

本文通过运用ANSYS有限元法与AVL-EXCITE多体动力学仿真相结合的方法，对船舶柴油机曲轴轴系进行动力学分析仿真。建立合理的柴油机曲轴轴系有限元模型和多体动力学模型，完成船舶柴油机曲轴轴系在一个工作周期内的仿真，得到主轴承和曲轴在实际工作周期内所表现出的动力响应特性，对仿真结果进行了分析，运用有限元分析软件对曲轴进行瞬态动力学分析。 本研究根据船舶柴油机轴系的结构特点来决定曲轴轴系模型的简化程度，并依据多体动力学模型的需要先建立了轴系缩减有限元模型，在此基础上建立了轴系多体动力学分析模型。接着通过EXCITE多体动力学仿真，进行了柴油机额定转速下的正常工况下包括曲柄销受力、曲轴位移量、转速波动等参数的多体动力学分析，得到曲轴在实际工作周期内所表现出的动力响应特性，进一步验证多体动力学模型的正确性。同时进行主轴承载荷分析，得到最小油膜厚度、最大油膜压力、主轴承轴心轨迹等，对主轴承工作状况下的润滑特性进行分析。最后建立曲轴的精细模型对曲轴进行应力分析。本文所采用的非线性多体动力学与三维实体有限元法避开了传统分析中对于曲轴轴系动态加载条件处理的复杂过程，大幅度的提升了对于船舶柴油机轴系在动载荷作用下各个零部件动态响应分析的精度，同时也为船舶柴油机曲轴的创新设计，改型设计及优化设计提供了强有力的技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外发展状况

1.3本文内容、方法及意义

第2章理论基础

2.1 ANSYS有限元理论

2.2 AVL-EXCITE仿真软件简介

2.3多体系统动力学基本原理

2.4 AVL-EXCITE轴系多弹性体系统动力学

第3章曲轴轴系仿真模型的建立

3.1曲轴轴系三维实体模型的建立

3.1.1有限元预处理

3.1.2有限元模型的建立

3.1.3缩减有限元模型

3.1.4 ANSYS与AVL-EXCITE间数据传递

3.2 EXCITE中多体模型的建立

3.2.1轴系全局参数、载荷

3.2.2体单元的定义

3.2.3连接体单元的定义

3.2.4多体动力学模型

3.3应力恢复模型

3.4本章小结

第4章曲轴轴系多体动力学分析

4.1多体动力学结果校验

4.1.1连杆大端轴承受力分析

4.1.2曲轴节点的运动学分析

4.2主轴承润滑分析

4.2.1主轴承受力分析

4.2.2最小油膜厚度分析

4.2.3轴承最大油膜压力

4.2.4轴心轨迹分析

4.2.5轴瓦的不对中

4.3曲轴瞬态动应力计算

4.4本章总结

第5章结论

5.1总结

5.2展望

参考文献

致 谢

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