基于多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑耦合的機(jī)體強(qiáng)度分析研究.pdf

1、機(jī)體是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，其結(jié)構(gòu)和承受載荷十分復(fù)雜，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化與輕量化程度的不斷提高，國內(nèi)外主要基于特殊工況點(diǎn)并采用經(jīng)驗(yàn)加載方式和局部模型的研究方法已不能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)要求。近年來基于多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑耦合的曲軸瞬態(tài)強(qiáng)度研究逐漸興起，但在發(fā)動(dòng)機(jī)的正向設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將主軸承油膜壓力映射至有限元模型具有一定的工程難度，而且對完整模型的建立方法和復(fù)雜動(dòng)載荷加載方法缺少系統(tǒng)性研究，所以目前該方法在機(jī)體強(qiáng)度研究中鮮有應(yīng)用。

2、　　本文以滿足國五排放法規(guī)的某四缸柴油機(jī)為研究對象，基于多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑的耦合方法對整體模型的機(jī)體強(qiáng)度及可靠性計(jì)算方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先，根據(jù)一般形式的雷諾方程對考慮軸頸傾斜的徑向滑動(dòng)軸承的雷諾方程進(jìn)行了推導(dǎo)，獲得了軸承動(dòng)力學(xué)與潤滑耦合作用的控制方程，對應(yīng)用有限差分法求解雷諾方程進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，同時(shí)推導(dǎo)出了油膜反力、油膜反力矩的數(shù)值積分計(jì)算方法。其次，在潤滑理論與多體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用模態(tài)縮減技術(shù)建立了發(fā)動(dòng)機(jī)的多體動(dòng)力學(xué)分

3、析模型，采用 EHD（Elasto-hydrodynamics）軸承單元實(shí)現(xiàn)多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑耦合，獲取了主軸承油膜壓力與活塞側(cè)向力等載荷邊界。然后，基于完整機(jī)體模型的主軸承壁強(qiáng)度與疲勞安全系數(shù)計(jì)算分析，應(yīng)用載荷殼單元實(shí)現(xiàn)了油膜壓力映射，并與主軸承集中加載荷方法進(jìn)行了對比。之后，建立起包括缸蓋、機(jī)體的完整有限元模型，基于多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑耦合計(jì)算結(jié)果，深入研究了裝配載荷、熱載荷和各危險(xiǎn)工況動(dòng)載荷的計(jì)算及加載方法，實(shí)現(xiàn)了包括完

4、整載荷邊界的完整機(jī)體組模型的強(qiáng)度計(jì)算和疲勞計(jì)算，得到了整個(gè)機(jī)體應(yīng)力應(yīng)變分布與安全系數(shù)分布情況。最后，對采用本文研究方法設(shè)計(jì)的第一代樣機(jī)進(jìn)行了性能測試及400小時(shí)交變負(fù)荷可靠性試驗(yàn)。
　　綜合數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)分析得出：采用柔性薄殼體可以高效準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)油膜壓力映射，相比節(jié)點(diǎn)耦合集中加載，油膜壓力映射能夠全面反映主軸承實(shí)際受力情況；基于多體動(dòng)力學(xué)與油膜動(dòng)力潤滑耦合的完整機(jī)體組強(qiáng)度分析模型能夠全面直觀反映機(jī)體可靠性，熱載荷、側(cè)向力和燃?xì)鈮毫?/p>