柴油機(jī)曲軸、連桿及組合結(jié)構(gòu)模態(tài)分析方法研究.pdf

1、沈陽(yáng)軍區(qū)某部隊(duì)與東北大學(xué)設(shè)備診斷工程中心聯(lián)合研制便攜式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢測(cè)診斷儀。作為該項(xiàng)目的子課題,本文對(duì)康明斯6BT5.9柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿部件及其組合結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析方法和試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了研究,得出了理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果相符的結(jié)論,同時(shí)對(duì)模態(tài)綜合方法做了詳細(xì)的研究。
　　 本文首先總結(jié)了國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析的研究成果。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析要求對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述,目前工程中主要利用有限元技術(shù)來(lái)建立理論計(jì)算模型。由于對(duì)結(jié)構(gòu)

2、的物理、幾何特性假設(shè)和對(duì)結(jié)構(gòu)約束及聯(lián)接狀態(tài)等的簡(jiǎn)化,使得理論計(jì)算模型在模型結(jié)構(gòu)和模型階次以及模型參數(shù)等三個(gè)主要方面存在誤差,其計(jì)算結(jié)果的精度是否可靠,這需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文根據(jù)模態(tài)試驗(yàn)理論搭建了模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng),獲取了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件及其組合結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。
　　 基于結(jié)構(gòu)模態(tài)分析理論,從分析柴油機(jī)的組成和工作特點(diǎn)入手,系統(tǒng)地應(yīng)用了有限元技術(shù),綜合考慮了提高計(jì)算精度和降低計(jì)算規(guī)模這些建模的根本問(wèn)題。利用 ANSYS軟件,建立起了曲

3、軸、連桿及其組合結(jié)構(gòu)的有限元模型并分別計(jì)算分析其自由模態(tài)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是由許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的零部件組成的系統(tǒng),如何真實(shí)的模擬組合結(jié)構(gòu)的邊界條件,是近年來(lái)有限元分析的難點(diǎn)所在,傳統(tǒng)的方法在處理具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)子結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)還不夠理想,本文試圖找到一種能夠有效模擬組合結(jié)構(gòu)邊界條件的方法。
　　 本文先用大型有限元軟件ANSYS對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿及其組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模建立;然后根據(jù)聯(lián)接狀況運(yùn)用粘結(jié)法模擬連桿螺栓緊聯(lián)接,分別運(yùn)用對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)耦

4、合徑向自由度、彈簧-阻尼單元和偽材料方法模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件,并進(jìn)行有限元分析得出曲軸連桿組合結(jié)構(gòu)的理論模態(tài)分析結(jié)果。將這幾組結(jié)果分別與模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析,得出彈簧-阻尼單元和偽材料方法能夠較準(zhǔn)確的模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件。在對(duì)曲軸連桿進(jìn)行徑向自由度耦合和對(duì)偽材料與曲軸連桿進(jìn)行自由度耦合時(shí),要準(zhǔn)確的控制相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合,否則不能正確的模擬邊界條件致使得到錯(cuò)誤的結(jié)果。
　　 根據(jù)模態(tài)相關(guān)性原理,本文對(duì)理論

5、計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。兩者相關(guān)性分析結(jié)果的一致性,并且證明得出彈簧-阻尼單元聯(lián)接法和偽材料方法能夠較準(zhǔn)確的模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件,為下一步的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力響應(yīng)分析、整機(jī)的動(dòng)態(tài)特性分析和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷機(jī)理奠定了理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 最后,根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油性質(zhì)和曲軸連桿的聯(lián)接處的幾何特征運(yùn)用彈簧-阻尼單元聯(lián)接法和偽材料方法模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件。建立曲軸連桿組合結(jié)構(gòu)模型,進(jìn)行有限元計(jì)算得出曲軸連