基于多体动力学的汽油机曲轴安全性分析

基于AVL公司的ExcitePoweru血软件进行曲轴系多体动力学计算,用以分析曲轴主轴颈和曲柄臂受力和力矩结果。同时,利用MSC．Fatigue软件,并结合有限元的分析方法,采用曲轴圆角子模型,并将多体动力学的仿真结果作为曲轴疲劳计算的边界栽荷谱进行曲轴疲劳安全系数计算。通过以上结果来评价曲轴的安全性。     

稳态疲劳载荷下曲轴剩余强度模型的试验研究

剩余强度模型是一种能比较直观的反映构件疲劳断裂行为的唯象学描述方法,但对于曲轴这类体积大且结构复杂的构件,往往难以直接对其进行剩余强度试验。针对此,在应用谐振式疲劳试验机对曲轴进行疲劳试验的过程中,通过建立试验台振动模态和试件在裂纹扩展中的力学特性之间的关系,应用动态信息跟踪方法对曲轴的剩余强度模型进行了间接的试验研究。介绍了这种方法的基本原理,分析了其可行性,并结合试验结果讨论了曲轴的剩余强度退化规律的基本特征。     

基于模态应力恢复理论的内燃机曲轴疲劳寿命评估

以某型号船用内燃机曲轴为研究对象,基于模态应力恢复理论,采用虚拟疲劳试验技术对曲轴疲劳损伤进行评估。首先建立曲轴有限元模型进行模态分析,然后建立轴系多体动力学模型进行动力学仿真,获得曲轴模态坐标时间载荷历程。最后,结合修正的S-N曲线,采用模态应力恢复法在n Code中进行满载荷工况下内燃机曲轴的疲劳损伤评估,所得曲轴疲劳薄弱区与工程实际相符。结果表明,该方法可用于产品设计阶段的疲劳寿命评估与方案选优,并为样机疲劳试验提供参考依据。     

曲轴疲劳寿命的有限元和多体动力学联合仿真研究

对于某型号的柴油机曲轴轴系,以有限元方法、动力学仿真分析以及疲劳分析为基础,采用有限元和多体动力学联合仿真对曲轴疲劳寿命进行预测。在MSC.Nastran中对曲轴进行模态分析,得到模态中性文件(*.mnf),用柔性曲轴替换刚性曲轴,得到刚柔耦合的多体动力学模型,在Adams中对曲轴进行载荷历程计算,把得到的.dac文件导入MSC.Fatigue,完成了曲轴的疲劳寿命分析,为曲轴的优化设计提供参考。     

冷镦机曲轴的结构动力学分析

通过有限元分析软件ABAQUS对冷镦机曲轴进行了模态分析,提取了前30阶的固有频率和振型。然后通过曲柄转角的研究,对曲轴做了详细的受力分析。并根据频率提取结果,结合模态叠加动力学分析理论,对冷镦机曲轴在冲击载荷作用下进行了瞬态动力学分析,得到了该曲轴在瞬态冲击下的变形以及应力云图,为进一步提高曲轴疲劳可靠性特别是冲击载荷作用下的疲劳及优化设计提供了参考。     

曲轴疲劳裂纹扩展规律测试及形成机理分析

应用扫频法对柴油机曲轴疲劳裂纹的扩展规律进行实测.该方法以谐振式疲劳试验机为平台,根据试验过程中曲轴裂纹扩展之后谐振系统共振频率下降这一现象,通过系统的扫频试验来动态跟踪裂纹扩展的参照信息.在试样发生断裂之后,再根据断口形貌对裂纹的形态和尺寸进行实测,辅助以谐振系统的有限元模态分析来对裂纹尺寸的确切值进行反推,实现裂纹尺寸的动态测量.试验结果综合反映了零部件的各种结构几何参数、加工精度、强化处理工艺等因素对裂纹扩展行为的影响.通过对4个试样进行测试,发现曲轴的裂纹扩展速率在Paris区呈现三分段规律.根据试件断口形貌的特征,对这种规律性的机理进行推论,认为这种规律是由于在曲轴圆角表层残余应力的影响下,其裂纹前沿的应力比在裂纹扩展过程中发生突变造成的.     

4M12型压缩机曲轴多柔体动力学仿真分析

将多柔体动力学应用到曲轴的仿真计算中,运用多体动力学仿真软件ADAMS进行多柔体动力学仿真,得到曲轴在实际工作过程中的动态载荷。利用有限元ANSYS软件对该曲轴进行瞬态响应分析,得到曲轴的应力分布云图及危险节点应力随时间变化曲线,是曲轴进行疲劳寿命分析的前提,为曲轴的设计提供理论指导。     

内燃机曲轴系统疲劳寿命的协同仿真分析方法

曲轴作为内燃机的主要运动部件,其性能优劣直接影响着内燃机的可靠性与寿命.在设计阶段,曲轴的疲劳分析可为其寿命设计和评估提供重要依据.文中针对某型号4缸内燃机曲轴疲劳,建立了活塞-轴系动力学模型并进行仿真,然后把仿真结果转化为时间栽荷传递到曲轴的有限元计算模型中,最后对该有限元模型进行疲劳仿真,从而获得整个曲轴的疲劳寿命计算结果.     

电磁谐振式高频疲劳试验系统动态特性分析

针对电磁谐振式高频疲劳试验系统动态特性分析的问题,根据振动学共振理论,建立了高频疲劳试验机振动系统的动力学模型,并且得出了系统的固有频率和工作台共振振幅的计算公式;同时通过仿真,分析了试件刚度对系统固有频率和工作台共振振幅的影响,并通过做图进行了详细的说明;最后搭建了基于虚拟仪器技术的实验平台,并进行了相关实验以验证所得出的模型是否符合实际。研究结果表明,该系统的动态特性仿真结果与实验所得数据在误差允许的范围内能够较好地吻合,验证了动力学模型建立的正确性;为高频疲劳试验系统谐振频率的跟踪和工作载荷的高精度控制提供了理论基础,与此同时,工程人员可以依据这一模型对高频疲劳系统的动态性能进行预测分析,具有一定的工程价值。     

基于缺口疲劳理论的曲轴结构疲劳特性研究

针对曲轴疲劳极限载荷难以在设计阶段快速准确获取的问题,利用有限元法和缺口疲劳的相关理论,将曲轴作缺口件处理,对其进行了弯矩载荷作用下的应力分析。基于曲轴的实际疲劳失效类型,建立了相应的缺口疲劳系数模型,并对曲轴应力集中系数计算方法和疲劳极限载荷预测方法进行了系统分析;应用上述方法对两款材料属性一致、结构不同的曲轴的疲劳特性分别进行了预测,并对预测结果的精确度和参数误差影响进行了分析。预测结果与试验结果对比表明:当基于Peterson缺口疲劳模型预测曲轴的疲劳极限载荷时,相关预测结果具有一定的精确度(误差低于10%),说明该方法能够较快地确定曲轴的疲劳极限载荷,具有一定的工程实用价值。     

微机控制曲轴疲劳试验台的研发

主要论述了电磁谐振式曲轴疲劳试验台的原理及实现过程,介绍了本试验台的主要功能及特点。     

曲轴轴系的结构强度分析与疲劳寿命估算

将多柔体动力学方法引入到曲轴计算中,建立发动机曲轴轴系的动力学仿真模型,对曲轴轴系进行刚柔耦合多体运动学和动力学仿真,为下一步疲劳寿命计算提供可靠的载荷条件;然后,从曲轴所受的载荷中找出三个载荷比较大的时刻,计算得到其相应时刻的应力和应变分布规律,找出曲轴受力的危险部位,为曲轴的动态强度分析提供数据;最后,结合Ansys有限元分析软件和柯顿-多兰(Certon-Dolan)理论,估算连杆疲劳寿命,同时分析多级载荷加载次序对疲劳寿命的影响,为零部件的主动寿命设计提供参考数据和理论判据.     

基于刚柔耦合多体系统的发动机曲轴疲劳分析

在LMS(Leuven Measurement&System)中建立某型V8发动机曲轴系统的多体动力学模型,通过刚柔耦合动力学计算,得到部件的模态参与因子,将模态参与因子与模态进行线性叠加,得到部件的载荷历程,并将其作为疲劳分析的输入数据;利用LMS.Virtual.Lab的Durability模块对曲轴进行有限元疲劳分析,获得精确的曲轴疲劳寿命值和损伤分布.结论是:通过系统多柔体动力学仿真可以得到各阶模态参与因子的时间历程曲线和部件的载荷历程,同时保证了模态参与因子与有限元模型匹配;曲轴集中应力最大且寿命最短处为轴颈与曲柄的过渡圆角处.     

基于改进多轴疲劳模型的曲轴疲劳研究

为研究曲轴弯曲疲劳特性,将McDiarmid多轴疲劳模型应用到曲轴弯矩疲劳极限载荷预测当中。首先开展了曲轴在弯矩载荷作用下的应力状态分析,确定了该类疲劳属于多轴疲劳;其次利用了坐标变换法,获得了临界平面内的坐标以及剪切应力与法向应力值;最后对一款曲轴在疲劳极限载荷作用下的应力应变状态进行了分析,获得了极限应力值,对同种材料、结构不同的另一款曲轴的疲劳极限载荷进行了预测,并对预测结果进行了试验验证。研究结果表明:传统的McDiarmid多轴疲劳模型在预测曲轴疲劳极限载荷时有时会导致较大误差,而经过应力比修正后的模型具有更高的预测精度,更适合在实际工程当中应用。     

发动机曲轴疲劳分析

为了能在发动机的研发设计前期提前发现曲轴的结构设计缺陷,基于柔性体动力学技术,综合应用Hypermesh、Nastran、ADAMS和Msc.Fatigue软件对曲轴系统进行疲劳分析,并通过更改曲轴材料使曲轴满足疲劳耐久要求.结果表明,该方法为保证在设计前期满足曲轴疲劳特性要求提供了高效可行的方法.     

大功率往复泵曲轴疲劳分析

曲轴是大功率往复泵动力端核心零部件,直接决定往复泵的性能。曲轴在工作状态下受力情况十分复杂,故曲轴不仅要满足强度校核计算,还要考虑低应力水平下的疲劳断裂。利用有限元法对曲轴进行强度分析,生成.rst结果文件,设定曲轴材料的S-N曲线,将数据导入疲劳分析软件进行疲劳分析,得到损伤、寿命结果,以此评估曲轴的疲劳特性。经分析研究,曲轴最大损伤位置发生在第2曲柄销根部圆角处,其最小循环次数1.23×10~7,满足曲轴设计要求。     

曲轴疲劳试验系统研究与开发

针对发动机曲轴弯曲疲劳试验,开发曲轴疲劳试验系统。该系统根据机械谐振原理,设计了由惯性质量块摆臂和曲拐组成的谐振系统。通过向谐振系统施加较小的激振力便可让被试样件获得大负载。系统通过计算机测控系统进行数据采集和激振信号控制,实现试验过程的自动化,减轻操作人员的劳动强度,提高试验效率。     

双缸小型发动机曲轴的多体动力学分析

针对双缸小型航空发动机曲轴系统,结合有限元和多体动力学等方法,仿真计算获得曲轴的动力学特性。首先,利用三维软件建立曲轴、连杆等三维模型并进行装配,导入ADAMS软件中获得多刚体曲轴系统;接着利用ANSYS软件获得柔性体曲轴,将其导入ADAMS中替换原刚体曲轴,建立刚-柔耦合系统。利用ADAMS对刚性和刚柔耦合系统进行仿真,计算并获得活塞加速度、速度和位移等数据及曲轴轴颈的受力情况等动力学特性,为下一步曲轴的设计和疲劳分析奠定基础。     

基于Workbench的内燃机曲轴模态分析

曲轴是内燃机中主要的运动部件之一,在周期变化的载荷作用下,曲轴系统可能在发动机转速范围内发生共振,使曲轴出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏,因此有必要对曲轴进行动态特性分析.文中通过Pro/E建立曲轴的几何模型,在ANSYS Workbench中完成曲轴的固有特性分析,得到曲轴前六阶固有频率及振型,为曲轴的动力学分析提供依据.     

柴油机曲轴的多轴高周疲劳寿命估算

针对某V型八缸柴油机曲轴,首先对曲柄连杆机构进行多体系统动力学仿真,得到曲轴连杆颈载荷随时间的变化关系;然后建立曲轴有限元模型,施加随时间变化的载荷边界条件进行瞬态动力学分析,得到危险点的应力时间历程;分别采用适用于多轴高周疲劳的基于等效应力的Basquin公式和基于临界面法的McDiarmid模型对该曲轴进行多轴疲劳寿命估算。结果表明基于临界面法McDiarmid模型的计算更合理。