柴油機曲軸、連桿及組合結構模態(tài)分析方法研究.pdf

1、沈陽軍區(qū)某部隊與東北大學設備診斷工程中心聯(lián)合研制便攜式柴油發(fā)動機性能檢測診斷儀。作為該項目的子課題,本文對康明斯6BT5.9柴油發(fā)動機曲軸連桿部件及其組合結構的模態(tài)分析方法和試驗驗證進行了研究,得出了理論計算和試驗結果相符的結論,同時對模態(tài)綜合方法做了詳細的研究。
　　 本文首先總結了國內外結構動態(tài)特性分析的研究成果。結構動態(tài)特性分析要求對結構系統(tǒng)進行較為準確的數(shù)學描述,目前工程中主要利用有限元技術來建立理論計算模型。由于對結構

2、的物理、幾何特性假設和對結構約束及聯(lián)接狀態(tài)等的簡化,使得理論計算模型在模型結構和模型階次以及模型參數(shù)等三個主要方面存在誤差,其計算結果的精度是否可靠,這需要實驗驗證。本文根據(jù)模態(tài)試驗理論搭建了模態(tài)試驗系統(tǒng),獲取了柴油發(fā)動機主要零部件及其組合結構的模態(tài)參數(shù)。
　　 基于結構模態(tài)分析理論,從分析柴油機的組成和工作特點入手,系統(tǒng)地應用了有限元技術,綜合考慮了提高計算精度和降低計算規(guī)模這些建模的根本問題。利用 ANSYS軟件,建立起了曲

3、軸、連桿及其組合結構的有限元模型并分別計算分析其自由模態(tài)。柴油發(fā)動機是由許多復雜結構形狀的零部件組成的系統(tǒng),如何真實的模擬組合結構的邊界條件,是近年來有限元分析的難點所在,傳統(tǒng)的方法在處理具有相對運動子結構問題時還不夠理想,本文試圖找到一種能夠有效模擬組合結構邊界條件的方法。
　　 本文先用大型有限元軟件ANSYS對柴油發(fā)動機曲軸、連桿及其組合結構進行實體建模建立;然后根據(jù)聯(lián)接狀況運用粘結法模擬連桿螺栓緊聯(lián)接,分別運用對應節(jié)點耦

4、合徑向自由度、彈簧-阻尼單元和偽材料方法模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件,并進行有限元分析得出曲軸連桿組合結構的理論模態(tài)分析結果。將這幾組結果分別與模態(tài)實驗分析結果進行相關性分析,得出彈簧-阻尼單元和偽材料方法能夠較準確的模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件。在對曲軸連桿進行徑向自由度耦合和對偽材料與曲軸連桿進行自由度耦合時,要準確的控制相應的節(jié)點進行耦合,否則不能正確的模擬邊界條件致使得到錯誤的結果。
　　 根據(jù)模態(tài)相關性原理,本文對理論

5、計算結果與試驗分析結果進行相關性分析。兩者相關性分析結果的一致性,并且證明得出彈簧-阻尼單元聯(lián)接法和偽材料方法能夠較準確的模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件,為下一步的柴油發(fā)動機動力響應分析、整機的動態(tài)特性分析和柴油發(fā)動機故障診斷機理奠定了理論和試驗基礎。
　　 最后,根據(jù)柴油發(fā)動機潤滑油性質和曲軸連桿的聯(lián)接處的幾何特征運用彈簧-阻尼單元聯(lián)接法和偽材料方法模擬曲軸連桿聯(lián)接處的邊界條件。建立曲軸連桿組合結構模型,進行有限元計算得出曲軸連