基于刚柔混合模型的船用柴油机轴系动态特性研究

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1、分类号密级UDC编号硕士学位论文基于刚柔混合模型的船用柴油机轴系动态特性研究高广强（1244003）指导教师姓名蔡卫国专业名称农业机械化工程论文答辩日期2015年6月4日学位授予日期2015年6月StudiesondynamiccharacteristicsofmarinedieselenginecrankshaftsviaRigid-flexiblehybridModelDalianOceanUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofAgricultureMechan

2、izationEngineeringByGuangqiangGaoDissertationSupervisor:ProWeiguoCai摘要摘要柴油机轴系承受着复杂、交变的燃气压力和惯性力，是柴油机中重要的运动部件之一。传统的柴油机轴系动态特性研究是建立刚性体模型，而实际工况中的轴系零部件都是弹性体，在外载荷作用下易发生微小的弹性变形，导致不同零部件间的相互作用复杂多变，因此传统研究方法难以满足不断增长的计算精度要求。虚拟样机技术和有限元法的迅速发展，为柴油机轴系实际工况下的运动学和动力学仿真研究提供了技术支持。本文以船用6300C型柴油机轴系为研究对象，首先应

3、用Pro/E建模软件建立轴系零部件实体模型，并进行装配，得到轴系的装配数据模型，并将其导入到多体动力学仿真软件ADAMS中，定义运动副和质量属性、施加外部载荷和驱动，建成曲轴轴系多刚体动力学模型，并进行运动学、动力学仿真分析，计算出各个构件在任意时刻、任意位置的运动规律（位移、速度、加速度等）及构件间的作用力等；其次运用有限元软件ANSYS对6300C柴油机曲轴与连杆分别进行计算模态分析，求得它们的固有频率和振型，分别生成曲轴与连杆的模态中性文件（MNF），将ANSYS中生成的曲轴与连杆的模态中性文件（MNF）分别导入到轴系多刚体动力学模型中，对曲轴与连杆进行柔

4、性化处理，进行多柔体动力学与多刚体动力学仿真结果对比，分析得出两种不同模型对轴系零部件运动性能和构件间作用力的影响效果；最后由柔体模型输出连杆的动态载荷文件，对连杆进行应力应变分析，找到连杆工作时最危险的部位，对其进行可靠性分析。综合利用虚拟样机技术和有限元法完成了船用6300C型柴油机轴系动态特性仿真研究，仿真过程更接近实际工况，获得了两种模型下的对比分析图，为柴油机轴系零部件的精确设计提供了可靠依据，为后续连杆的优化工作提供借鉴，对提高柴油机设计水平及整机性能有着重要意义。关键词：柴油机轴系；多体动力学；有限元分析；刚柔混合模型IAbstractAbstra

5、ctThedieselenginecrankshaftsisoneoftheimportantmovingpartsinthedieselengine,whichbearscomplex,alternatinggaspressureandinertiaforce.Thetraditionalcrankshaftscharacteristicsstudyisaboutrigidmodel,butthecrankshaftspartsandcomponentsoftheactualworkingconditionareelastomer,pronetosmallel

6、asticdeformationwiththeexternalload，leadingtothecomplicatedofinteractionforcebetweendifferentpartsandcomponents.Thetraditionalanalysismethodsisdifficulttomeettherequirementsofincreasingcalculationaccuracy,buttherapiddevelopmentofvirtualprototypingtechnologyandfiniteelementmethodmakes

7、usbeabletodothekinematicsanddynamicssimulationanalysisresearchonthecrankshaftsystem.Themarine6300Cdieselenginecrankshaftswastakenasthestudyobjectinthispaper.Firstly,Pro/Emodelingsoftwarewasusedtocreatetheentitymodelofcrankshaftsystempartsandcomponents,andwasassembledtogettheassemblyd

8、atamodelofth