学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

6L21/31型船用中速柴油机虚拟样机技术研究

作　者: 史万强
导　师: 肖民
学　校: 江苏科技大学
专　业: 轮机工程
关键词: 虚拟样机运动学及动力学柔性化刚-柔耦合动应力
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 60次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在船舶柴油机生产实践中，曲柄连杆机构无疑是最重要的部分。对于企业而言，其单个零部件质量的好坏，将直接影响整个机构的正常运转，甚至是整部柴油机的运行效率及使用期限，对于企业的声誉也会有不好的影响。针对镇江中船设备有限公司所属的个别6L21/31型船用中速柴油机，在实际运行过程中，曲轴的某些部位有裂纹出现，影响了产品质量这种状况，本文基于多刚体系统动力学及刚-柔耦合系统动力学的基础理论，研究了虚拟样机技术在船舶动力装置方面的应用情况。找出了问题的原因并给出了相应的对策。其主要的研究工作如下：（1）对6L21/31型船用中速柴油机的曲柄连杆机构运动学、动力学规律进行了理论的分析和计算。（2）运用Pro/E建立了该型柴油机曲柄连杆机构以及相关联的零部件的三维实体模型，并基于Pro/E的虚拟装配模块，完成了6L21/31型船用中速柴油机三维模型的装配。（3）利用Pro/E和ADAMS软件相结合的方法，将6L21/31型柴油机三维实体装配模型转化为多刚体动力学仿真模型，并进行了运动学与动力学仿真研究。（4）利用ANSYS对该型柴油机的曲轴进行了柔性化处理，再结合ADAMS构建了6L21/31型船用中速柴油机曲柄连杆机构刚-柔耦合的虚拟样机模型，完成了该型柴油机曲轴的动态应力仿真分析。通过以上几个方面的研究工作，我们得出以下两项结论：（1）基于虚拟样机技术，完成了对镇江中船设备有限公司6L21/31型船用中速柴油机曲柄连杆机构多刚体的运动学、动力学以及刚-柔耦合的动态应力仿真分析，获得了该型船用柴油机曲柄连杆机构较为准确的运动学、动力学特性和曲轴的最大应力值和位置，并且具有很高的精度。为该曲柄连杆机构的进一步优化设计和性能改进提供可靠的依据。（2）基于以上取得的研究成果，应用虚拟样机技术能够替代6L21/31型船用中速柴油机的实物样机，对其进行性能仿真和优化设计。相对于传统的设计研究，既减少了研发的成本和周期，也提高了设计的质量。这对于其他型号船舶柴油机的相关研究也具有积极的意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-20
  1.1 选题背景和意义  13
  1.2 虚拟样机技术的现状及发展趋势  13-18
    1.2.1 虚拟样机技术简述  13-16
    1.2.2 发达国家虚拟样机技术的应用状况  16-17
    1.2.3 我国柴油机虚拟样机技术研究现状  17-18
    1.2.4 柴油机虚拟样机技术的发展趋势  18
  1.3 本课题的主要研究工作  18-20
第2章机构运动学与动力学理论分析及计算  20-36
  2.1 机构运动学理论分析  20-22
    2.1.1 活塞运动分析  21
    2.1.2 连杆的平面运动分析  21-22
  2.2 机构运动学理论计算  22-24
    2.2.1 活塞运动的计算  22-23
    2.2.2 连杆平面运动的计算  23-24
  2.3 机构动力学理论分析  24-26
    2.3.1 曲柄连杆机构的力源  25
    2.3.2 曲柄连杆机构作用力分析  25-26
  2.4 机构动力学理论计算  26-29
    2.4.1 缸内气体作用力  26-27
    2.4.2 活塞销合力理论计算  27-28
    2.4.3 活塞侧推力及连杆推力理论计算  28-29
    2.4.4 曲柄销合力理论计算  29
  2.5 多刚体系统运动学  29-32
  2.6 多刚体系统动力学  32-35
  2.7 本章小结  35-36
第3章 6L21/31 柴油机三维实体模型的建立  36-45
  3.1 6L21/31 型船用中速柴油机简介  36-37
  3.2 3D 建模工具  37
  3.3 零部件三维实体模型的建立  37-41
    3.3.1 主要固定件部分建模  38-39
    3.3.2 运动机构的建模  39-41
  3.4 6L21/31 柴油机三维实体模型的虚拟装配  41-44
    3.4.1 虚拟装配及其表达  41-42
    3.4.2 曲轴组件的虚拟装配  42
    3.4.3 连杆组件及活塞组件的虚拟装配  42-43
    3.4.4 总体虚拟装配  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 6L21/31 柴油机多刚体虚拟样机模型  45-53
  4.1 仿真分析工具  45-46
    4.1.1 仿真分析软件的确立  45
    4.1.2 ADAMS 软件  45-46
  4.2 建立多刚体动力学模型及模型的导入  46-49
    4.2.1 数据传输模块 Mechanism/Pro2005  46
    4.2.2 建立多刚体系统模型  46-48
    4.2.3 模型数据的传输  48-49
  4.3 6L21/31 型中速柴油机虚拟样机的建立  49-52
    4.3.1 材料属性的施加  49-50
    4.3.2 驱动的设置  50
    4.3.3 施加作用力  50-51
    4.3.4 设置重力加速度  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章仿真结果与理论计算结果对比  53-61
  5.1 仿真设置及运行  53-54
  5.2 运动学仿真结果与理论计算结果对比  54-57
    5.2.1 活塞组件运动特性对比分析  54-56
    5.2.2 连杆组件的运动特性对比分析  56-57
  5.3 动力学仿真结果与理论计算结果对比  57-60
    5.3.1 活塞销合力对比分析  57-58
    5.3.2 连杆推力对比分析  58
    5.3.3 活塞侧推力对比分析  58-59
    5.3.4 曲柄销受力对比分析  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章 6L21/31 柴油机刚-柔耦合模型仿真研究  61-68
  6.1 曲轴传统研究的局限性及刚-柔耦合系统  61-62
    6.1.1 传统研究的局限性  61
    6.1.2 刚-柔耦合系统  61-62
    6.1.3 刚-柔耦合系统动力学  62
  6.2 刚-柔耦合处理方法及技术路线  62-63
    6.2.1 处理方法的选择  62
    6.2.2 技术路线  62-63
  6.3 6L21/31 柴油机曲轴的有限元处理  63-65
    6.3.1 ANSYS 有限元前处理  63-64
    6.3.2 定义曲轴的刚性区域  64-65
  6.4 刚-柔耦合系统模型仿真  65-67
    6.4.1 曲轴柔性体导入 ADAMS  65-66
    6.4.2 分析曲轴应力云图  66-67
  6.5 本章小结  67-68
总结与展望  68-71
参考文献  71-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-77
致谢  77-78
详细摘要  78-82

6L21/31型船用中速柴油机虚拟样机技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文