柴油機(jī)曲軸疲勞壽命預(yù)測方法研究.pdf

1、曲軸作為發(fā)動機(jī)內(nèi)部最主要的運動部件，在發(fā)動機(jī)中扮演著極為重要的角色。在實際工作過程中，在周期性變化的氣體壓力、運動質(zhì)量慣性力及其力矩的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生迅速變化的拉、壓、彎、扭交變應(yīng)力，由于曲軸的形狀復(fù)雜，所以在主軸頸、曲柄銷與曲柄臂接觸的圓角部位存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易產(chǎn)生曲軸疲勞裂紋，繼而導(dǎo)致曲軸斷裂。而曲軸一旦失效，就可能引起其他部件隨之破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。針對這一問題，本文首先分析了曲軸承受的載荷，并通過一維動力學(xué)軟件獲得

2、曲軸的載荷，其次建立單拐曲軸組合結(jié)構(gòu)的三維模型及有限元模型，依據(jù)有限元動力學(xué)問題理論基礎(chǔ)，對曲軸進(jìn)行了動態(tài)響應(yīng)分析，并重點分析了高應(yīng)力部位的應(yīng)力狀態(tài)特征，最后將瞬態(tài)分析結(jié)果導(dǎo)入到疲勞軟件中結(jié)合疲勞累計損傷理論，預(yù)測曲軸疲勞壽命。
　　建立單拐曲軸、軸承蓋等零件的三維實體模型，然后將其導(dǎo)入專業(yè)的網(wǎng)格劃分軟件ANSA中對各個零件進(jìn)行材料、屬性的設(shè)置，在保證計算結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，針對各個零件的結(jié)構(gòu)特點，選擇合理的單元類型和單元尺寸進(jìn)行

3、網(wǎng)格劃分，在曲軸主軸頸與軸承蓋之間定義兩對接觸關(guān)系，并依據(jù)實際情況對曲軸以及軸承蓋施加約束邊界條件，建立一柱坐標(biāo)系，為后續(xù)選取加載區(qū)域打下基礎(chǔ)，完成曲軸組合結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格模型的建立。
　　將網(wǎng)格模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS當(dāng)中，改變坐標(biāo)系，通過選取節(jié)點的X、Y、Z值，確定載荷施加區(qū)域的節(jié)點，將AVLboost獲得的徑向力通過公式分布規(guī)律轉(zhuǎn)化成壓力，并編寫成APDL命令流，該命令流將周期性連桿軸頸壓力以載荷步的形式施加在選取的

4、節(jié)點上。合理設(shè)置初始條件、載荷類型、非線性選項、積分方法等，基于直接積分法中的Newmark隱式算法，采用ANSYS軟件中的完全法進(jìn)行一個工作循環(huán)的動態(tài)響應(yīng)分析，得到曲軸在一個工作循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力值，對高應(yīng)力部位的應(yīng)力時間歷程曲線進(jìn)行分析，便于了解和把握曲軸動態(tài)響應(yīng)特性，并為疲勞分析提供理論依據(jù)。
　　把瞬態(tài)動力學(xué)分析的應(yīng)力結(jié)果導(dǎo)入到疲勞分析軟件Designlife中，通過設(shè)置材料的屈服極限和抗拉強(qiáng)度，獲得曲軸材料的S-N曲線，選取曲