活塞连杆曲轴装配体有限元分析

摘要

众所周知，在柴油机中，活塞组、连杆和曲轴为至关重要的关键构件，极其恶劣的工作环境使得正常工作中柴油机曲柄连杆机构要承受很高的热负荷和机械负荷，热负荷和交变的机械负荷产生的各种应力对柴油机的寿命有着决定性的影响，在工作过程中会出现许多故障，如活塞烧顶、环粘结、连杆变形、曲轴裂纹等，直接影响到柴油机使用的安全性和长久性。因此，对于设计的零部件或出现故障频率较高的产品很有必要预先进行工作时各种状况的模拟分析，以确定是否合格或如何改进。
　　本文采用Pro/E软件对195柴油机活塞曲柄连杆装配体进行三维实体建模；根据模型的对称性，利用拉伸切割特征将模型切割成1/4模型，导入ANSYS软件中转换成有限元模型，利用有限元分析软件ANSYS对装配体在最大压缩工况和最大拉伸工况进行详尽的温度场、应力分布和变形情况分析，将活塞和活塞销、活塞销和连杆及连杆和曲轴之间的力的传递用三个接触对模拟，计算了活塞在热应力场、机械应力场以及热一力藕合应力场中的应力应变值，也得出了其他构件的应力和变形分布，分析结果表明的危险点与实际基本吻合；最后采用金属强度理论计算构件的可靠性进行了静力强度校核及疲劳强度校核，从而可实现构件危险点的位置预测，进而改进装配体，提高其工作可靠性具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 柴油机活塞连杆曲轴有限元研究的概况和发展趋势

1.3本课题的主要研究内容与方法

第二章 课题研究依据理论及分析工具

2.1 计算机辅助设计软件Pro/ENGINEER介绍

2.2 有限元分析

2.3 ANSYS软件

第三章 稳态热分析

3.1活塞的热分析

3.2 活塞温度场的计算分析

3.3 结论

第四章 热—结构耦合分析

4.1 基本理论

4.2 热—结构耦合分析

第五章 装配体的综合分析

5.1 基本思路

5.2 装配体的运动学分析

5.3 接触问题

5.4 两种危险工况时载荷的施加与计算分析

5.5本章小结

第六章 装配体组件的应力与变形分析

6.1 理论基础

6.2 活塞的综合应力分析

6.3 活塞销的综合应力分析

6.4 连杆的综合应力分析

6.5 曲轴的综合应力分析

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

致谢

参考文献