曲軸—飛輪組合的模態(tài)分析及優(yōu)化.pdf

1、本文根據(jù)與廣西玉柴機器股份有限公司合作項目的要求，對曲軸-飛輪組合進行試驗?zāi)B(tài)分析獲取其固有頻率、振型和阻尼，對建立的模型進行有限元模態(tài)分析，將計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析，并從結(jié)構(gòu)和材料方面對曲軸-飛輪組合優(yōu)化，對優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行靜力分析、驗證強度，達到在減少柴油機振動的同時保證強度的目的。本文制定了模態(tài)分析的試驗方案，采用自由支撐、錘擊法單點激勵、多點拾振的測試方法，并通過配置的測試系統(tǒng)采集、分析振動數(shù)據(jù)，獲得了曲軸-飛輪組合前6階

2、固有頻率、振型以及阻尼，并根據(jù)力譜圖、相干函數(shù)和MAC來論證試驗結(jié)果的準確性。由試驗結(jié)果可知曲軸-飛輪組合的第1階固有頻率為170.03Hz，與柴油機的燃燒激振頻率接近，容易引起共振。用基于UG+HyperMesh+ANSYS聯(lián)合求解的方法，對曲軸-飛輪組合進行計算模態(tài)分析，獲得前10階固有頻率和前6階振型，并與試驗結(jié)果對比分析，第1、2階固有頻率與試驗結(jié)果的誤差僅為4.25％和-5.18％，前5階振型與試驗結(jié)果一致，從而驗證了有限元計

3、算結(jié)果和模型的準確性。
　　 本研究為了改進曲軸-飛輪組合，提高優(yōu)化效率，在ANSYS中建立曲軸-飛輪組合的參數(shù)化模型，并對其進行有限元模態(tài)分析，獲取前6階固有頻率和振型，與前一種模擬方法得出的結(jié)果對比分析，得知HyperMesh劃分網(wǎng)格得到的有限元模型質(zhì)量較高。與試驗結(jié)果對比分析，從固有頻率和振型上驗證計算模態(tài)分析結(jié)果和參數(shù)化模型的準確性。為提高曲軸-飛輪組合第1階固有頻率，避免共振，從改進結(jié)構(gòu)和材料兩方面對其進行優(yōu)化。對曲軸

4、結(jié)構(gòu)改進:曲軸-飛輪組合的第1、2階固有頻率的增幅分別為27.3％和20.9％;對應(yīng)的DMX降幅分別為6.75％和8.63％，優(yōu)化效果非常明顯。對飛輪結(jié)構(gòu)改進:第1、2階固有頻率的增幅分別為7.66％和4.93％;對應(yīng)的DMX降幅分別為0.70％和5.82％，優(yōu)化效果一般。對材料改進:從常用材料屬性列表選擇滿足要求的軸承鋼代替原來的高強度鋼進行模態(tài)分析，第1、2階固有頻率增幅分別為1.50％和1.22％;對應(yīng)的DMX降幅為0.21％和0

5、.31％，優(yōu)化效果不明顯。為驗證優(yōu)化后結(jié)構(gòu)是否還能滿足強度要求，對曲軸-飛輪組合進行受力分析，在原來參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上加參數(shù)化圓角，建立施加在圓弧面上的面載荷命令流。對優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行靜力分析，得知優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)全部都滿足強度要求，并且在改進曲軸后，曲軸-飛輪組合的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變比原來降低了18.436％和18.954％;改進飛輪后，最大應(yīng)力和最大應(yīng)變比原來降低了0.01％和0.150％;改進材料后，最大應(yīng)力比原來增加了0.244％