柴油机曲轴与气缸体系统动力学仿真研究

利用有限元模态综合技术得到曲轴、飞轮及气缸体柔性体模型，运用雷诺油膜方程描述主轴承油膜的非线性特性，建立了曲轴组件与气缸体耦合多体动力学仿真模型，在ADAMS仿真平台上对模型进行了多柔性体动力学仿真分析.由仿真计算得到关于气缸体NVH（噪声、振动与平顺性）特性的载荷和位移边界条件，如活塞侧向拍击力、主轴承载荷、主轴承油膜最小厚度随曲轴转角曲线.在仿真环境下比较了采用柔性气缸体和刚性气缸体两种条件下曲轴的主轴颈轴心轨迹图，最后利用试验测量的气缸体表面节点振动数据验证了耦合系统动力学仿真结果的有效性.     

曲轴系多柔体动力学仿真分析

使用LMS Virtual.lab软件建立曲轴系多体系统动力学仿真模型,对曲轴系进行刚柔耦合多体动力学仿真,得到周期内曲轴系的动态载荷,为研究主轴承液体动力润滑提供边界条件,并根据仿真过程中的应力分布规律找出曲轴受力的危险部位,为曲轴的优化设计提供参考.     

曲轴强度多体动力学与有限元子模型法仿真

建立以曲轴系为核心的多柔性体动力学仿真系统,曲轴系及气缸体组件模型采用AVL Excite软件进行刚度与质量矩阵装配.在考虑轴承弹性流体动力学特性的条件下得到各轴颈轴心轨迹和油膜压力分布,利用有限元（FEA）子模型方法先求解曲柄臂整体模型的结果并驱动圆角子模型,得到危险工况下圆角精细有限元模型的各处动态应力历程及分布,最终使用高周疲劳应变寿命模型校核了圆角动态疲劳安全系数满足设计要求.对曲轴结构模态和运转条件下扭振响应的计算结果与实验值进行了对比,说明柔性体多体动力学结合有限元子模型方法进行曲轴动态疲劳强度的计算和校核是精度和效率均较高的一种计算方法.     

考虑油膜润滑的连杆有限元分析

建立连杆多体动力学模型,研究连杆的弹性液体动力学(EHD)特性,分析大头轴承的载荷、油膜厚度及油膜压力在轴瓦表面的分布.建立连杆有限元模型,考虑各组件间的接触关系,分析连杆在装配载荷下的应力分布及变形.通过油膜压力映射的方法对连杆施加载荷,计算连杆在拉、压2种工况下的应力分布与变形.考虑连杆材料与加工工艺,分析连杆的疲劳强度.结果表明,该连杆安全可靠.通过计算不考虑油膜润滑时的连杆强度,分析2种计算结果的差异.结果表明,考虑油膜润滑的连杆强度计算方法更符合实际工况.     

基于有限元和多体动力学联合仿真的疲劳寿命预测

针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取困难等问题，提出了基于联合仿真的疲劳寿命预测方法.结合有限元方法和多体动力学仿真分析获得部件的工作载荷历程，然后通过有限元方法和疲劳分析联合求解，预测部件的疲劳寿命.在动力学仿真部分，采用模态综合法获取部件的应力及载荷历程信息.寿命预测采用多轴裂纹萌生疲劳分析，其中部件的多轴特性通过二轴分析获得.以发动机曲轴部件为例，叙述了设计流程的应用过程.应用结果表明，该方法可以对疲劳事故的原因进行诊断，并且可以作为采用工艺强化措施的依据     

基于虚拟样机技术的柴油机建模与动力学仿真

以某16缸柴油机为研究对象,结合有限元软件ANSYS和多体动力学软件Adams构建了柴油机的虚拟样机模型。对比研究了全刚性体模型、曲轴为柔性和机体曲轴均为柔性3个多体模型的曲轴主轴颈和曲柄销承载曲线的异同。结果表明,曲轴和机体的柔性化对主轴颈的载荷时间历程曲线有较大影响。     

发动机曲轴动力学仿真研究

探讨了结合有限元分析软件ANSYS和多体系统动力学分析软件。ADAMS对曲轴进行动力学仿真的方法．运用ANSYS建立某军用V8柴油机曲轴的有限元模型，结合ADAMS建立了包括曲轴柔性体以及随曲轴一起转动的零件刚性体在内的发动机曲轴系的多体系统动力学模型，得到了关键构件的运动及载荷变化曲线，为更深入的分析曲轴系动态响应奠定了基础．     

载荷和供油压力对浮环轴承润滑影响的理论研究

针对浮环轴承双层间隙的结构特点,建立了其润滑模型.在考虑供油压力和油膜破裂的情况下,通过求解基于长轴承理论的雷诺方程,得到了内外油膜周向压力分布情况,并推导了油膜力的解析表达式.在给定浮环轴承结构参数的情况下,利用Matlab软件对润滑模型进行了计算和仿真.分析了诸如载荷、供油压力、转子转速等参数对浮环轴承静平衡位置、油膜连续性以及轴承内间隙润滑的影响.得出了较大的外载荷会导致较大的外油膜偏心率和外油膜空穴区扩大,而供油压力主要影响外油膜的偏位角的结论,并指出载荷的加大会使进入内间隙润滑油量在很宽的转速范围内减小,有可能会导致内膜贫油情况的发生,而增大润滑油注油压力会有效缓解这一现象的发生.     

基于MSC.fatigue的某轻型客车车架疲劳寿命分析

针对某轻型客车杂合车在路试5 000 km时车架出现疲劳裂纹的问题,综合采用多体动力学、有限元和疲劳分析方法对其进行疲劳破坏仿真.在MSC.Adams/Car中建立该车的多体动力学模型得到其在B级路面的载荷历程,在MSC.Nastran中采用惯性释放方法对其进行静力学分析,在MSC.Fatigue中对其进行疲劳寿命分析,通过对结果深入研究,找到该车架产生疲劳裂纹的主要原因,提出了合理的改进方案,最后对改进后的车架结构进行了寿命对比验证.     

升降平台运动构件焊缝疲劳寿命数值仿真

针对剪叉式升降平台运动构件焊缝疲劳寿命预测,提出了一种基于BS7608标准的大范围运动构件焊缝疲劳寿命仿真方法。该方法首先通过升降平台整机多体动力学仿真分析获得运动构件铰链处的时变载荷,并将该载荷通过坐标变换映射到待分析构件的连体随动坐标系中,随后在待分析构件的连体随动坐标系中建立该构件包括焊缝的疲劳寿命预测有限元模型,其建模过程涉及合理选择铰链、定义静定位移约束、部分铰链施加连体随动坐标系下的铰链时变载荷等核心建模问题。依据BS标准提供的S-N曲线预测构件母材和焊缝的疲劳寿命分布,通过整机疲劳试验结果验证该方法的正确性和有效性,为包含大范围刚体运动的构件焊缝疲劳寿命预测提供一种有效的数值分析方法。     

Rigid-Flexible Coupling Dynamic Analysis of Sub-Launched Vehicle During the Vertical Tube-Exit Stage

During the launching stage,hydrodynamic pressure and adapters’ reaction loads can influence the vehicle’s rigid motion as well as cause its structural vibration,which is a typical rigid-flexible coupling dynamic problem. This paper presents a 2-D rigid-flexible coupling model to calculate the vehicle’s dynamic responses in that period.The vehicle was equivalent to a flexure beam with axial deformation. Hybrid coordinate and modal superposition methods were used to describe its large rigid displacement and small deformation. By the second Lagrange equation,the vehicle centroid’s displacements,rotational angle and modal coordinates were chosen as generalized coordinates and then the vehicle ’s rigid-flexible coupling dynamic equations were obtained. By numerical simulation,the results of vehicle’s motion parameters and transverse internal loads were acquired.The calculation results showed that differences of the vehicle’s motion parameters between the rigid-flexible coupling model and the rigid body assumption are noticeable and the peak magnitude of the vehicle’s transverse internal loads in the rigid-flexible coupling model is higher remarkably than that in the rigid body assumption.     

基于HM的汽油发动机曲轴优化分析

以某直列4缸汽油发动机的曲轴为研究对象,采用CATIA建立3D模型,在HYPERMESH( HM)自带的求解器中进行静力分析、模态分析和疲劳分析,得出了应力、应变、固有频率、疲劳寿命、损伤循环周期.再进行数据整理,由各参数的对比最后选出最优的方案.     

整车刚柔耦合建模及随机激励下的平顺性分析

基于多体动力学理论、有限元及模态综合法,建立了某轿车的整车刚柔耦合动力学模型,其中包括前悬架、转向系等刚体子系统及后悬架柔体子系统.建立B级随机路面模型,采用该数字化试验道路对整车的平顺性进行仿真计算,得到不同车速下的车身质心处垂向加速度以及驾驶员座椅坐垫上方、座椅靠背以及脚支撑面处的加权加速度均方根值.结果表明,所建的刚柔耦合整车模型正确,该轿车的平顺性良好.     

刚柔耦合系统的输入成形控制

为实现对大范围运动刚柔耦合系统的振动抑制,提出基于一次近似动力学模型的输入成形控制方法.针对中心刚体-柔性旋臂梁系统,在变形位移的描述中计及纵向变形的二次耦合项,建立一次近似动力学模型用于振动控制.考虑到大范围运动刚柔耦合系统中柔性梁有别于结构动力学中定边界梁的模态特性,设计抑制柔性振动的鲁棒多模态输入成形器.仿真结果...     

ZK6型转向架侧架疲劳寿命分析

将多体动力学和有限元法相结合,采用有限元法和多体动力学对转向架侧架疲劳寿命进行分析．以我国某型铁道货车为例,在多体动力学软件SIMPACK中建立整车模型,提取其转向架侧架的时间一载荷历程,然后利用有限元软件ANSYS获得结构的动应力响应因子．最后,基于动栽荷历程和Palmigren-Miner线性损伤理论,利用n-soft软件进行疲劳寿命分析．     

Safety Analysis and Optimization on Ship-Borne Vehicle Mooring

舰船装载车辆系留安全性分析与优化

崔鲁宁¹ ,陈思² ,王亚平² ,张磊³ ,高鹏⁴

（1中国人民解放军92942部队,北京,100161;2南京理工大学机械工程学院,南京,210094;3.中国船舶与海洋工程设计研究院,上海,200011;4.沈阳工业大学机械工程学院, 沈阳 110870）

中文说明：

针对高海况下的舰船装载车辆系留安全性问题,建立了甲板-车辆-系留索的刚柔耦合动力学仿真模型,对系固稳定性进行了分析,获得高海况下系留索的载荷特性,分析了链环强度破坏模式,获得了不同弯曲角度对钢链环应力分布影响规律。基于系留索钢链环修正的S-N曲线,采用Miner线性累积损伤理论,进行了钢链环疲劳寿命的分析,分析了存在的安全隐患。通过分析获得以下结论：

1）系留方案能够满足高海况下车辆系留稳定性要求。

2）通过链环静强度分析,链环冠部外侧主要为拉伸破坏形式,链环冠部内侧主要为受压的接触疲劳破坏形式。

3）不同平面外弯曲角度对钢链环强度有显著影响,超过15°将不再满足强度要求。

4）通过系留方案的优化,钢链环疲劳寿命得到显著增加。

关键词：海况,系留,安全性,强度,疲劳寿命

     

ADAMS刚柔耦合多体系统动力学建模

刚柔耦合是多体系统最常见的力学模型,探讨其建模规律是多体系统动力学研究的重要内容.用ANSYS和ADAMS软件为一四杆机构分别建立了一个多柔体模型和刚柔耦合模型,以前者动特性为参考,研究刚柔耦合模型对系统动态特性的影响,探索多体系统刚柔耦合建模规律.结果表明,从低阶模态来看,各构件经恰当处理后刚柔耦合模型能够较好地反映系统的动态特性.