基于多体系统动力学仿真的曲轴应力计算

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1、上海交通大学硕士学位论文基于多体系统动力学仿真的曲轴应力计算姓名：黄伯超申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：浦耿强20050101上海交通大学硕士学位论文摘要摘要发动机曲轴再制造时的剩余疲劳寿命评估是以其载荷历史和应力分布规律的准确计算为基础的因此本文主要开展了两方面的工作一在总结了国内外比较成熟的曲轴动力学计算模型后基于多体动力学理论建立了曲轴活塞连杆模型并作动力学仿真得出曲轴工作过程中的约束载荷变化规律二用PROE软件建立曲轴实体模型导入HYPERMEH选用四面体单元划分网格并在油孔处细化最小单元

2、边长0.5mm将计算的约束载荷施加到网格模型上选用PATRAN作前处理NASTRAN求解得出曲轴工作过程中多工况的应力分布规律本文的动力学仿真模型在ADAMS中建立它将曲轴剖分为六个曲柄构件然后限制构件之间的相对运动自由度这样就避免了解静不定结构同时用线性弹簧来模拟主轴颈处的约束该模型不仅考虑了曲轴上作用的弯矩扭矩及支承的弹性而且还考虑了多缸连续点火时的相互影响故是目前比较准确的计算模型在有限元模型中使用弹簧单元来模拟主轴颈处的约束曲轴端面完全约束将发动机一个工作循环中的一次点火作为一个工况每个工况的约束载荷由动

3、力学计算获得一共六个工况六组载荷先后施加到曲轴有限元模型的节点上求解得出多工况下的曲轴应力分布规律计算结果显示曲轴工作过程中在油孔和连杆颈过渡圆角处均有应力集中其中第3拐油孔附近峰值最大为205MPa只有单拐模型计算的一半由疲劳试验的结果看曲轴在连杆颈过渡圆角的疲劳极限为807MPa比计算结果大得多这由于动力学的计算模型考虑了上海交通大学硕士学位论文摘要多种因素的相互影响曲轴约束载荷计算准确且曲轴的网格划分质量较高由动力学仿真得出曲轴的约束载荷然后作为边界条件输入到有限元模型中计算这一计算过程简洁准确是今后研究计

4、算的主要趋势和方法关键词再制造曲轴多体系统动力学仿真有限元应力上海交通大学硕士学位论文摘要CRANKSHAFTSTRESSCOMPUTATIONBASEDONTHEMULTIBODYSYSTEMDYNAMICSIMULATIONABSTRACTCrankshaftresiduallifeevaluationisbasedontheaccuratecomputationoftheconstrainedloadofthecrankshaftandstressdistribution.Therefore,thefoll

5、owingtwotaskswerepresentedinthispaper.Firstly,thecrankshaft,connectingrodandpistonmodelwasbuiltandsimulatedbasedonthemultibodydynamictheoryafterasummaryofthepastdynamiccomputationonthecrankshaft.Thencametheconstrainedforcesofthecrankshaft.Secondly,thesolidcra

6、nkshaftmodelbuiltwithPROEisimportedtoHYPERMESHwhichisusedtomeshthemodel,especiallyforthefeaturesoftheoilholes,withthesmallestelement0.5mm.Withmodelpre-processedinPATRAN,theconstrainedforceswereexertedonthenodesandthemodelwassolvedinNASTRAN.Thencamethestressdi

7、stributionofthecrankshaft.ThedynamicsimulationwascarriedoutinADAMSwherethecrankshafthadbeencutopen.Sixcrankpinsformedthecrankshaftandsomerelativemovementdegreeswereconstrainedinordertoavoidsolvethein-determinedstructure;linearspringswereusetomodeltheconstrain

8、tsofthemainbearings.Thismodelisveryaccurateforitallowsnotonlyfortheinteractionofthebendingmomentandtorqueandtheflexibilityofthesupports,buttheeffectsofcontinuousignitionamongmulti-cylinde