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基于虚拟技术的柴油机强度分析

作　者: 王海洋
导　师: 舒歌群
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机机体有限元柔性体应力场温度场热-结构耦合
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 92次
引　用: 2次
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内容摘要

机体是柴油机的骨架,支承和固定着所有的零部件,工作时受力状况非常复杂,其强度对整个柴油机的性能有着重要的影响。在设计过程中必须进行深入的分析和计算,对其结构强度和刚度有一个较为准确的估计,以便合理地改进和优化设计方案,取得令人满意的设计效果。本文在4100QB机体上应用有限元的方法对其进行静态强度、瞬态强度、温度场和热结构耦合分析,为柴油机的设计改进提供依据。本文首先用Pro/Engine软件对4100QB机体进行三维实体建模,并对该实体模型用hypermesh软件进行六面体网格的划分。其次应用ADAMS和ANSYS软件的联合仿真的方法建立4100QB的柔性体模型,计算出机体在一个循环内的受力。通过对柔性体和刚性体的结果对比,指出柔性体因素对机体的受力的影响,特别是轴承力都有所增大。然后应用ANSYS软件建立了较详细的机体瞬态强度分析有限元模型,模拟了机体在发动机实际工作过程中的动态强度变化历程。同时,应用ANSYS软件对机体进行了热应力分析,计算缸内传热情况时,只考虑了对流传热;对缸内施加边界载荷时,采取分段加载的方式,最终得到其温度分布规律。最后应用ANSYS软件对机体进行了热-结构耦合分析,找出了机体的危险工况,对其进行了安全系数校合,求得了较为合理的安全系数,证明机体是较为安全的。本文对4100QB机体的强度计算,对机体进一步的优化和改进有指导意义。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 强度研究在内燃机结构设计中的意义  7-8
  1.2 内燃机强度分析方法概述  8-11
    1.2.1 内燃机零件强度的计算方法  8-10
    1.2.2 内燃机零件强度试验方法  10-11
  1.3 国内外研究现状  11
  1.4 本论文的研究内容及意义  11-12
  1.5 本章小结  12-13
第二章有限元建模  13-23
  2.1 机体单元类型的选择  13-15
  2.2 建模及分析软件的介绍  15-18
    2.2.1 Pro/Engineer 软件的介绍  15-16
    2.2.2 Altair Hypermesh 软件的介绍  16-17
    2.2.3 ANSYA 软件的介绍  17-18
  2.3 有限元模型的建立过程  18-22
    2.3.1 4100QB 机体的几何参数和特性参数  18-19
    2.3.2 CAD 模型的建立  19-20
    2.3.3 有限元模型  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 ANSYS 和ADAMS 联合仿真  23-34
  3.1 ANSYS 和 ADAMS 联合仿真建立的意义  23-24
  3.2 ADAMS 柔性体理论  24-25
  3.3 ANSYS 和 ADAMS 联合仿真流程  25-30
    3.3.1 ADAMS/Engine 建立刚性体模型  25-26
    3.3.2 模态中性文件的生成  26-29
    3.3.3 载荷文件输出  29-30
  3.4 刚性体与柔性体结果对比  30-33
    3.4.1 主轴承力对比  30-32
    3.4.2 活塞侧推力对比  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章机体机械应力分析  34-46
  4.1 计算工况的选择  34
  4.2 机体预紧力的施加  34-35
  4.3 瞬态载荷的施加  35-36
  4.4 约束处理  36-37
  4.5 结果分析  37-45
    4.5.1 预紧力工况分析  37-38
    4.5.2 瞬态应力及变形分析  38-45
  4.6 误差分析  45
  4.7 本章小结  45-46
第五章机体热应力分析  46-57
  5.1 温度场、热应力与热变形的关系  46
  5.2 稳态热力学理论  46-47
  5.3 传热边界条件处理  47-50
  5.4 机体和缸套的温度场计算分析  50-53
  5.5 机体和缸套的热应力和热变形分析  53-56
  5.6 误差分析  56
  5.7 本章小结  56-57
第六章机体热－结构耦合分析  57-63
  6.1 耦合分析简介  57
  6.2 热－结构耦合步骤  57-58
  6.3 结果分析  58-60
  6.4 计算安全系数  60-62
  6.5 本章小结  62-63
第七章总结与展望  63-65
  7.1 总结  63-64
  7.2 展望  64-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况  68-69
致谢  69

基于虚拟技术的柴油机强度分析

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