基于子结构的柴油机曲轴有限元建模方法研究.pdf

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1、第44卷第4期小型内燃机与车辆技术2015年8月SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDVEHICLETECHNIQUEV01．44No．4Aug．2015基于子结构的柴油机曲轴有限元建模方法研究张明明赵建华张瑞波(海军工程大学动力工程学院湖北武汉430000)摘要：以某V6柴油机曲轴为研究对象，给出了两种划分曲轴子结构的方法，建立了曲轴的常规有限元模型和子结构有限元模型。模态分析表明子结构有限元模型与常规有限元模型振型一致，模态频率误差小于5％，加载10kN的集中力后计算结果误差小于10％。因此

2、，子结构建模方法适用于有较多重复几何特征的柴油机结构动力学分析。关键词：子结构曲轴有限元模态分析中图分类号：TK423．3文献标识码：A文章编号：2095—8234(2015)04—0027—06ResearchontheFiniteElementModelingMethodoftheCrankshaftinDieselEnginebasedonSubstructureZhangMin哦，ZlmoJianhua，ZhangRuiboSchoolofPowerEngineering，NavalUniversityofEng

3、ineeringWuhan，Hubei，430000，China)Abstract：TakingthecrankshaftofaV6dieselengineforobject，thispapergivestwomethodstodividethecrankshaftintosubstructures，andestablishesaconventionalfiniteelementmodelandasubstructuremodelofacrankshaft．Modalanalysisshowedthatthevibrat

4、ionmodesoftwofiniteelementmodels。theerrorofmodalfrequencieswaslessthan5％andthecalculationerrorwaslesstllan10％whena10KNconcentratedforceWasloadedonthecrankshaft．Therefore，thesubstructuremodclingmethodiSsuitableforstructuredynamicanalysisofthedieselwhichcontainsmor

5、erepeatedgeometricfeatures．Keywords：Substructure，Crankshaft，Finiteelement，Modalanalysis引言柴油机是一个复杂的机械系统，建立一个切合实际的柴油机结构动力学模型是进行柴油机动力学分析的基础。然而，柴油机等大型复杂机械系统的有限元模型建模困难，求解需要消耗大量的计算资源和劳动成本。实际工程中经常需要对这些复杂构件的结构和动力学特性进行快速准确地分析计算或者预测。针对这一问题，可采用子结构建模分析技术对柴油机进行有限元分析，建立柴油机零部件子

6、结构库，允许分析人员分享子结构，减少对柴油机重复部件的建模工作，实现单独运算，提高了效率。曲轴是柴油机动力传递组件，也是力及强度分析的关键部件。曲轴的计算模型经历了从和曲拐的简支梁模型发展到后来的整根曲轴的连续梁模型和空间刚架模型，以及到目前的整体曲轴三维有限元模型。整体三维有限元连续体模型是最合理的模型，计算精度耐1。31。为了更好更快地对多缸机进行结构动力学分析，本文尝试采用子结构分析方法，开展子结构建模与分析。1子结构法的基本理论子结构的概念是有限元中一般单元概念的拓展，即将某一个结构的若干个基本单元缩聚在一起，组

7、成一个新的超级结构单元，这个新的超级结构单元称为原结构的子结构或称为超级单元。作者简介：张明明(1991一)，男，硕士研究生，主要研究方向为热力系统设计、优化及仿真。28小型内燃机与车辆技术第44卷将一个大型的复杂结构划分为由若干个子结构和非子结构组成，先分别计算各子结构的刚度、质量矩阵和界面结点信息等，然后再将子结构与非子结构组装成整体结构，最后确定整体结构的刚度特性。这种结构分析的方法称为子结构分析法。采用子结构分析法，可将大型问题化为若干各小问题，将大型问题的联立方程组分解为若干组小型的方程组，从而减小对计算机的要

8、求，实现微机解大题的可能。也可以在求解整机响应的有限元模型中，减小不关注的零部件模型规模，或消除结构特别复杂、网格质量特别差的部件对求解可行性的影响。子结构是一种超级单元，具有相当多的内部结点和自由度。在子结构与其他子结构或单元联结前，要将子结构内部自由度缩减，达到减少整个系统的总自由度的目的。子结构分析方法中的动力