連桿部件CAE仿真分析

《連桿部件CAE仿真分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、連桿部件CAE仿真分析摘要：連桿是內燃機的重要構件和主要運動件,其結構形狀和受載狀況都很復雜。連桿的強度在很大程度上影響著內燃機的壽命。而隨著內燃機向高速、大功率和高負荷的方向發(fā)展,連桿的工作環(huán)境變得愈加惡劣。因此,分析連桿的運動和受力情況、計算連桿的結構強度和研究連桿的動態(tài)特性對連桿的設計和優(yōu)化具有重要的意義。本文以某型號的柴油機連桿為研究對象,主要完成了以下工作內容：1.分析了連桿的運動和受力情況。首先計算了連桿的角位移、角速度和角加速度等運動參數,然后在連桿的受力分析中詳細分析計算了連桿所受的四種主要載荷,并計算了最大拉壓工況

2、下連桿所受的載荷,為后續(xù)計算提供必要的邊界條件。2.基于有限元方法,建立了連桿的有限元模型,主要進行以下方面研究：在預緊工況中,研究了單元類型對應力分布的影響；在最大拉伸和最大壓縮工況中,研究了載荷加載方式的不同以及約束邊界的不同對連桿應力分布的影響。3.利用模態(tài)分析技術研究了該連桿的動態(tài)特性。分別采用有限元和試驗的方法研究了連桿的模態(tài)特性,獲得連桿的模態(tài)頻率及模態(tài)振型,為后續(xù)的連桿多體動力學分析提供依據,最后對模態(tài)結果進行了對比驗證。4.利用多體動力學軟件建立了連桿的多體動力學仿真模型,通過數值模擬計算,得到連桿在工作循環(huán)中的運動

3、參數和準確的載荷邊界條件,并分析了連桿軸承的潤滑性能。5.利用有限元軟件對連桿進行了三維瞬態(tài)應力場的計算,得到了連桿在一個工作循環(huán)中的動應力分布。并對比了忽略裝配載荷和考慮裝配載荷的計算結果。同時選取部分曲軸轉角下的應力分布云圖與靜力學計算結果進行對比。分析表明,連桿的動應力仿真計算結果更為合理,更接近于實際情況。前言柴油機曲柄連桿機構包括曲軸、連桿、活塞等主要運動部件，其作用是將活塞的往復運動轉化為曲軸卜的旋轉運動，將活塞所受的燃氣壓力轉化為曲軸卜的輸出扭矩，從而實現熱能一機械能的轉化過程。曲柄連桿機構運動和受力情況復雜，以往只依

4、賴經典動力學理論的計算方法已遠遠滿足不了工程技術的需要。隨著虛擬樣機技術的發(fā)展，以經典動力學理論和現代計算機技術相結合的多體系統動力學得到了廣泛的運用。美國MSC公司的ADAMS軟件是集成建模、求解、可視化技術于一體的運動仿真軟件，在柴油機的曲柄連桿機構的動力學仿真中得到了廣泛運用。然而，由于模型的復雜性，如何添加合理的邊界條件，尤其是曲軸轉速邊界條件成為了問題的難點。在以往的研究中，經常采用恒定轉速驅動的動力學建模方法，改變了模型的自由度，忽略了曲軸轉速波動的影響，使計算結果產生一定的誤差。我們探討了轉速邊界條件的添加方法，并詳述

5、了考慮轉速波動的柴油機曲柄連桿機構動力學建模過程，提出了計算機械效率和往復慣性力的簡便方法，為運動和受力分析提供了有力保證[1]。1連桿大頭軸承CAE分析連桿大頭軸承是發(fā)動機能否長期運轉的關鍵部件之一。發(fā)動機運行時潤滑油在高溫下工作，其粘度隨溫度增高而降低，影響油膜承載能力。通過CAE計算，可以判斷軸瓦和軸頸可能的潤滑狀態(tài)：液動潤滑/臨界潤滑/干摩擦，避免因干摩擦導致的磨損和異常的油膜壓力分布的出現。當對軸承進行詳細校核時，可以采用EHD類型的軸承模型。該模型可以充分考慮軸瓦與軸頸的彈性變形，并考慮了機油填充狀態(tài)，同時計算軸承間隙等

6、非線性因素對軸承載荷的影響，計算干摩擦。從計算結果中，可詳細了解油膜狀態(tài)、彈性邊界與油膜間的耦合作用、機油流入和流出狀態(tài)等。以及軸承間隙等非線性因素對軸承載荷的影響。1.1模型建立曲軸模態(tài)分析的意義:曲軸是發(fā)動機最重要的部件之一，而且它承受復雜的載荷。由于發(fā)動機內高溫、高速并存，對發(fā)動機的零部件提出了很高的要求，因此曲軸的固有特性對環(huán)境的適應尤為重要。要解決這些問題，首先要了解曲軸的固有特性。模態(tài)分析用于確定設計機構或機器部件的振動特性，即結構的固有頻率和振型，它們是承受動態(tài)載荷結構設計中的重要參數，同時也是其他動力學分析問題的起點

7、。圖1連桿有限元模型[2]圖2CONC類型的連桿模型[2]1.2結果評價一、連桿大頭軸承的受力分析在ADAMS工具欄中點擊SimulationControl選項，對建立好的曲柄連桿機構的動力學模型進行仿真分析，仿真時間設置為5s，步數設置為5000曲軸從起動到額定工況的轉速波動曲線見圖3。圖4為1號缸活塞額定工況下沿氣缸中心線方向的位移、速度、加速度隨曲軸轉角的變化曲線。由圖4可以看出，該柴油機在0一1s、時間達到額定轉速穩(wěn)定運轉。由圖5看出，曲軸轉連桿大頭在不同工況下的隨曲柄轉角變化的受力如圖3所示。從圖中可以明確的看到不同轉速下

8、，燃氣壓力與慣性力在不同的曲柄轉角下的影響各不相同，其中慣性力隨轉速增加而增加[3]。圖3連桿大頭軸承受力[3]二、連桿大頭軸承的EHD液體動力潤滑分析通過軸承的EHD計算,可以得到軸承的潤滑性能更為全面、更為精確的評估圖4—圖6則反