飞轮壳道路载荷谱分析及失效机制研究

摘要

飞轮壳连接发动机和变速器，保护离合器和飞轮，而且还设有悬置点和起动机安装支架，是发动机重要的结构部件。随着发动机向高功率、轻量化方向的发展，发动机飞轮壳失效破坏现象普遍产生，但目前缺乏针对这一现象的科学分析方法和有效解决手段。因此本文采用实车实验研究和仿真计算相结合的手段，建立针对飞轮壳破坏问题的分析流程，分析飞轮壳破坏机理。
　　本文主要工作有:
　　1.开发了基于NI-DAQ的车载数据采集系统，在实车道路行驶状态下采集飞轮壳危险部位应力谱信号和悬置位置振动信号。应用自主开发的数据处理平台进行应力谱信号的修正和时域频域特征提取，依此分析飞轮壳易失效工况与失效原因。
　　2.建立机体组件有限元模型，利用计算模态方法得到飞轮壳模态频率和模态振型，从整体结构上分析飞轮壳动态特性，并与实验载荷谱频域特性进行对比。
　　3.建立发动机动力总成动力学模型，计算发动机缸内气体压力作用下飞轮壳循环动态应力。分析飞轮壳振动幅值较大区域和危险时刻，并与试验应力分析结果进行对比。
　　4.以多体动力学动态应力计算结果为基础，采用Goodman法计算飞轮壳疲劳安全系数，考核其疲劳强度，分析飞轮壳疲劳危险部位。考察发动机转速、飞轮壳材料和悬置位置对飞轮壳疲劳强度的影响。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 课题产业背景-汽车工业飞速发展

1．1．2 课题技术背景-疲劳可靠性技术

1．2 相关领域国内外研究现状

1．2．1 飞轮壳破坏问题研究现状

1．2．2 路谱采集与分析的意义和研究现状

1．2．3 结构振动疲劳研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 发动机车载试验与分析技术研究

2．1 车载信号采集系统

2．2 实验方案制定

2．2．1 测点位置选取及传感器安装

2．2．2 实验路况选取

2．2．3 负荷工况选取

2．3 测试结果及数据处理

2．4 载荷谱时域分析

2．4．1 平面应力分析

2．4．2 飞轮壳载荷历程时域统计

2．5 载荷谱频域分析

2．5．1 载荷幅值谱分析

2．5．2 发动机激振相关性分析

2．6 本章小结

第三章 飞轮壳动态特性分析

3．1 模态分析理论基础

3．1．1 有限元理论概述

3．1．2 模态理论

3．2 机体系统有限元前处理

3．3 模态计算结果

3．4 本章小结

第四章 飞轮壳多体动力学分析

4．1 多体动力学概述

4．2 传动系统多体动力学模型建立

4．2．1 曲柄连杆机构模型的建立

4．2．2 机体系统柔性体模型的建立

4．2．3 模态矩阵缩减

4．2．4 连接关系与边界条件

4．2．5 动力学模型搭建

4．2．6 动力学计算

4．3 飞轮壳动应力计算结果及分析

4．4 最大主应力计算值与实验值对比

4．5 本章小结

第五章 飞轮壳疲劳强度分析

5．1 疲劳基础理论

5．1．1 抗疲劳设计分析方法

5．1．2 无限寿命设计与疲劳安全系数

5．2 飞轮壳疲劳安全系数分析流程

5．2．1 定义载荷谱

5．2．2 定义材料属性

5．2．3 定义主要影响参数

5．3 发动机转速对疲劳强度的影响

5．4 飞轮壳材料对疲劳强度影响

5．5 悬置位置对疲劳强度影响

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 主要创新点

6．3 未来工作展望

参考文献

致谢

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