内燃式水平对动空气压缩机动力学仿真研究

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1、分类号：TH33密级：不保密UDC：621学校代码：11065硕士学位论文内燃式水平对动空气压缩机动力学仿真研究张圣彤指导教师张继忠教授学科专业名称机械工程论文答辩日期2015年6月9日摘要内燃式空气压缩机是一种将热能转换为气体压力能的新型压气装置。已有的内燃式空气压缩机方案由于纵向尺寸较高，振动稳定性较差，应用范围受到了一定的限制，为解决这一问题，我们设计了一种重心较低的内燃式水平对动空气压缩机，本文对内燃式水平对动空气压缩机进行了动力学仿真研究与方案对比，分析结果对今后内燃式空气压缩机的优化设计具有重要的意义。本文以178F柴油

2、机曲轴系相关参数为基础，选取3种典型工况（曲轴转速分别为1500转/分、2000转/分、2400转/分），将多体动力学与有限元技术相结合，分别对两个方案在多刚体和多柔体状况下的动力学特性进行了动力学仿真研究，提取了曲轴上所受到的载荷曲线，对曲轴进行了耐久性分析。用SolidWorks建立了两个方案的三维模型，然后在ADAMS中建立了两个方案的刚性体模型，施加相应约束并定义新材料与驱动。对刚性体模型进行动力学仿真研究，分析了曲轴的波动系数、活塞的速度与加速度、连杆受力、轴承支点处受力等动态特性。用ANSYS对曲轴进行了模态分析，分别给

3、出了两个方案的曲轴前十阶非零模态的频率和振型，并对两个模态分析结果做了比较。用HyperMesh将曲轴做柔性化处理，建立了刚柔混合体动力学模型，对内燃式水平对动空气压缩机进行了多柔体动力学仿真。令曲轴的平均转速为2400转/分，在ADAMS中仿真提取了内燃式水平对动空气压缩机曲轴上的载荷曲线，在nSoft疲劳分析软件中对曲轴的疲劳趋势进行了分析，得到了曲轴上最容易发生破坏的10个节点，并对曲轴上所受应力最大的节点进行了寿命预测。关键词：内燃式空气压缩机；动态特性；仿真；疲劳分析AbstractTheinternalcombustio

4、naircompressor(hereinafter“compressor”)isanewdevelopeddevicewhichcantransferheatenergyintogaspressureenergy.Thelongitudinalsizeofexistingcompressorsismuchgreater,andthescopeofapplicationofwhichismuchmorelimited.Tosolvetheseproblems,wedesignacompressorwithalowercenterof

5、gravityandcomparethedynamicscharacteristicswithformerones.Theresultofanalysisissignificantforoptimaldesignofinternalcombustionaircompressorinthefuture.Thisarticleisbasedontherelativeparametersincrankshaftsystemof178Fdieselengine,choosing3kindsoftypicalworkconditions(th

6、espeedofeachisrespectively1500rpm,2000rpm,and2400rpm),combiningmulti-bodykinematicsandfiniteelementtechnology,respectivelystudyingthedynamicperformancethroughthesimulationfordynamicsinmulti-rigidandmulti-softconditionsinbothcompressors,analyzingthedurabilityofcrankshaf

7、twiththecurveofloadonit.Webuildthe3DmodelsofbothplansofcompressorswithSolidWorksandtherigidbodymodelofbothplansinADAMS,settingcorrespondingrestrictionsanddefinenewmaterialsanddrives.Wefinishthesimulationstudyofdynamicsintherigid-bodymodel,analyzingthecoefficientofcrank

8、shaft,thevelocityandaccelerationofthepistonandthestressontheconnectingrod.WeconductthemodeanalysisofcrankshaftwithANS