某型号柴油机曲轴疲劳寿命分析方法研究

摘要

曲轴是往复活塞式内燃机中成本最高的零件，工作过程中既承受扭转作用又承受弯曲作用，产生疲劳应力状态，最常见的损坏原因是弯曲疲劳破坏。曲轴的疲劳寿命很大程度上影响着内燃机的使用寿命，因此，对曲轴的疲劳寿命分析方法研究很有必要。
　　本文先以某弯曲疲劳试件为研究对象，采用有限元分析方法模拟曲轴弯曲疲劳试验的加载方式，通过分析比较3种方案的应力计算结果，确定比较理想的弯矩加载方式：在刚性面主节点处加载弯矩。
　　再以某4112型柴油机的曲轴为研究对象，建立5种不同单元长度的有限元模型，加载静态弯矩，获取曲轴单拐的静态应力，与试验数据对比，确定了误差最小的曲轴单拐有限元模型。
　　在此基础上，选取谐振式弯曲疲劳试验正弦加载曲线中的13个数据点，进行瞬态动力学计算，获取了曲轴的瞬态应力；将有限元计算结果导入疲劳寿命分析软件nCode DesignLife应力疲劳寿命分析模块中，并设置相应的材料疲劳性能参数、载荷历程及损伤参量，进行应力寿命分析，通过采用不同损伤参量计算曲轴的疲劳寿命，并与试验数据对比，得出 VonMises等效应力作为损伤参量的计算方法与试验数据在一个数量级，均为106量级，误差因子在1.5倍以内。

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第1章绪论

1.1本文的研究背景及意义

1.2国内外研究现状及动态

1.3研究内容及论文章节安排

第2章 疲劳寿命分析基本理论概述

2.1疲劳寿命分析常用术语

2.2线性疲劳累积损伤原则

2.3应力-寿命分析方法简介

2.4影响疲劳寿命的主要因素

2.5本章小结

第3章 模拟谐振式弯曲疲劳试验

3.1有限元分析理论基础概要

3.2电动谐振式弯曲疲劳试验机

3.3模拟谐振式弯曲疲劳试验弯矩加载

3.4本章小结

第4章 曲轴单拐试件有限元分析

4.1建立几何模型

4.2建立有限元模型

4.3计算并验证有限元模型的合理性

4.4模拟谐振式弯曲疲劳试验载荷

4.5本章小结

第5章 曲轴单拐弯曲疲劳寿命分析

5.1 DesignLife疲劳分析软件简介

5.2曲轴疲劳寿命分析的参数设置

5.3曲轴弯曲疲劳试件寿命分析

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1论文总结

6.2不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间以发表的论文及取得的研究成果

致谢