基于非线性多体动力学和有限元法的柴油机曲轴动态强度分析

为更准确地分析曲轴在运行工况下的动力学响应特性,采用Pro/E 3D软件对CA4D32柴油机曲轴、轴承等部件进行三维实体有限元建模,并将模型导入非线性多体动力学分析软件AVL Excite,添加连接单元,建立轴系非线性多体动力学模型,计算了一个工作循环的主轴承载荷变化.将非线性多体动力学轴系位移量计算结果作为曲轴三维实体有限元精细模型的载荷边界条件,完成了一个循环曲轴动应力计算.结果表明,与刚性体的分析方法相比较,采用非线性多体动力学分析方法可获得更接近实际的有限元模型的载荷边界条件,提高了曲轴强度的计算精度.     

内燃机曲轴轴系弯扭耦合非线性振动响应

建立了内燃机曲轴轴系弯扭耦合运动微分方程,模型中考虑了轴系变惯量、质量偏心和非线性干摩擦阻尼力等因素.采用数值积分法研究了质量偏心和转速对系统非线性动力学响应的影响;将系统微分方程组转化为非线性代数方程组,运用谐波平衡法获得了系统幅频特性.结果表明,谐波平衡法与数值积分法得到的结果吻合较好;气缸与活塞间阻尼会对系统响应振幅产生明显抑制作用;减小曲轴轴系偏心量可以有效地提高曲轴系统运动稳定性.     

往复压缩机轴系扭振的数值分析

某6列往复压缩机出现非预期断轴现象,曲轴主轴直径加粗后,机组却出现强烈振动及第1、2列连杆瓦连续烧瓦问题.利用ANSYS软件对曲轴加粗前后的轴系进行了模态和动态响应数值分析,确定了断裂和烧瓦主要是由于扭转共振及其成倍加剧的疲劳破坏所致.为了避开共振区,轴系第2、3列之间由一体结构改为热装2个连接盘进行对接,提高了轴系的转动惯量,调整了压缩机主轴转速与固有频率的比值,使共振消失,彻底解决了故障问题.     

基于p-ω的发动机调速动力学模型

为消除发动机转速振荡,提出了基于气缸压力-曲轴转速(p-ω)的发动机调速动力学模型,建立了直列四缸汽油机的气缸压力、指示扭矩、瞬时转动惯量、惯性扭矩和摩擦扭矩等模型.以曲轴转角域描述发动机任意瞬间的动力特性,并由此开发了以改进比例、积分、微分算法为控制方法的数字调速器.试验表明,该调速器具有良好的转速响应特性.     

基于p-ω叫的发动机调速动力学模型

为消除发动机转速振荡，提出了基于气缸压力-曲轴转速（p-ω）的发动机调速动力学模型，建立了直列四缸汽油机的气缸压力、指示扭矩、瞬时转动惯量、惯性扭矩和摩擦扭矩等模型，以曲轴转角域描述发动机任意瞬间的动力特性，并由此开发了以改进比例、积分、微分算法为控制方法的数字调速器．试验表明，该调速器具有良好的转速响应特性．     

基于虚拟样机的曲轴系统力学特性研究

以某四缸四冲程柴油机为例,建立了曲轴系统的真实实体模型和虚拟样机模型,通过对样机进行仿真,得到曲轴系统的速度、加速度、位移以及运动副约束反力等参数;利用仿真载荷参数进行曲轴的有限元静力学、模态和谐响应计算,根据计算结果对曲轴的强度和动力特性进行分析.分析表明,现有曲轴满足力学特性要求.     

发动机曲轴的预负载计算模态分析法

曲轴作为柴油发动机的重要零部件,其静强度和动力学特性对发动机整体的使用寿命有着直接的和重要的影响.本文利用计算机辅助工程分析方法,对某型坦克柴油发动机的曲轴分别进行了考虑预应力作用的计算模态分析.采用考虑预负载的Lanczos修正法进行发动机曲轴的固有特性的计算,得出曲轴有限元模型的前20阶固有振动频率及其相应固有振型.同时,结合计算结果,分析了不同阶次固有特性对曲轴性能的影响情况,结果表明了EFGM算法的正确性和有效性.     

刚性路面柔性联接层有限元分析

基于中国半刚性基层水泥混凝土路面的使用经验,通过增加柔性联接层对现有路面结构进行改良,从而改善半刚性基层水泥混凝土路面的受力状态.利用有限元方法,建立加铺柔性联接层的水泥混凝土路面结构的3D有限元模型,对不同联接层材料模量和厚度情况下的路面各结构层进行力学分析.研究结果表明:半刚性基层自身变形随联接层厚度增加而递减,面层变形基本不受影响;水泥混凝土面板板底最大拉应力随联接层模量的增大逐渐减小,而半刚性基层和联接层层底拉应力逐渐增加;以上各结构层的变形能力和力学性能随联接层厚度和模量变化而变化的规律,为确定联接层合理的层厚和材料参数提供了一定的理论基础.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

新型双螺杆捏合机流场动力学特性数值模拟

针对一种新型双螺杆捏合机流场动力学特性进行数值模拟,建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学(CFD)理论,对非牛顿流体进行三维、等温稳态数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下压力场分布、速度场分布、最大剪切应力、物料流动速率等特性。研究结果表明：随着转速不断提高,流场最大压力、流量流动速率、最大剪切应力都会随之增大;螺杆转子对流场的最大剪切应力值随中心距的增加先增大后减小,而流动速率随中心距的增加不断增加,但当中心距增加到一定值后,流动速率会出现负值,物料出现严重回流,导致捏合机无法正常工作。研究结果为双螺杆捏合机结构参数的设计优化以及性能预测提供理论依据。     

单缸熄火时发动机曲轴系统扭振特性研究

利用系统矩阵法求解了发动机曲轴扭振系统的强迫振动特性,并对发动机单缸熄火时扭振系统的激励力矩进行了简谐分析.以某直列6缸发动机曲轴系统为例,分析比较了该系统在发动机正常发火和单缸熄火时额定转速下和工作转速范围内的扭振特性.结果表明,单缸熄火时,系统扭振以低谐次为主.扭转角位移显著加大,而附加扭转应力变化不明显.     

基于瞬时动能等效的曲轴系变惯量扭振研究

研究往复运动件变惯量下的曲轴系自由扭振特性. 基于瞬时动能等效原则,提出了单缸变转动惯量的精确求解方法;建立了单、多缸曲轴系统自由扭转振动微分方程,并对系统的扭振特性进行了理论分析;对某一多缸柴油机曲轴系进行了考虑变惯量下的自由扭振数值计算. 结果表明,变惯量的引入会对曲轴系的固有频率、临界转速、扭转角位移等系统扭振特性产生较大的影响.     

船用中速柴油机轴系的扭纵耦合振动

用作者等提出的柴油机轴系耦合振动理论计算了某船用大功率中速柴油机轴第泊强烈的耦合振动，计算与实测结果的对比分析表明作者等提出的耦合理论不但适用于长行程低速大功率机而且适用于中速柴油机，进一步证实了耦合机理的正确性，还提出了避免轴系强耦合振动的措施。     

某四缸机曲轴扭转振动测试与分析

在现有的硬件平台基础上,通过自行编制的一套LabVIEW数字化扭振测量程序,以某直列四缸四冲程柴油机为测试对象,在外特性工况下对四缸柴油机自由端进行扭振测试。得出整个转速范围内稳定工况下的扭振波形和不同谐次的幅频特性。并对该四缸机进行曲轴扭振仿真,将实测结果与仿真结果进行对比。结果表明,实测和仿真结果十分接近。     

柴油机曲轴裂纹的扭振动态诊断技术

根据柴油机曲轴裂纹事故的一个实例，提出了一种利用扭振信号在线诊断柴油机曲轴裂纹的方法．给出了一种开闭型柴油机曲轴裂纹的刚度变化模型，并计算了含变刚度曲轴柴油机的扭振响应．同时提出了利用柴油机轴系扭转振动信号的峭度和谐次分析来诊断曲轴裂纹的方法．分析结果表明，这两个诊断参数有效．     

航空活塞发动机曲轴系统扭转振动研究

以Lycomig-IO-360航空活塞发动机为研究对象,建立了曲轴系统扭转振动的计算模型,并进行了扭转振动特性计算。针对相同进气压力不同转速和螺旋桨变距两种工况,分析了曲轴系统的扭转振动响应。研究结果表明,相同进气压力时,转速越高曲轴系统扭转振动越强,低进气压力高转速会引起扭转振动显著增强;转速不变而螺旋桨变距会改变曲轴系统的扭转振动,桨距越大扭转振动越强。     

高转速汽油机扭振计算问题

目前，汽油机正朝着高转速，大功率，低噪声，轻型化方向发展。因此，对汽油机扭转振动特性的研究变得越来越重要。曲轴扭振过大，不仅会引起曲轴扭转疲劳破坏，而且也是产生发动机噪声的主要原因之一。在曲轴前端安装扭振减振器是减低曲轴系扭振的有效方法。本文结合４８６Ｑ型汽油机的扭振测试分析和计算对其扭振特性及橡胶减振器参数进行了研究，并提出一种减振器的优化设计方法。     

用自由度凝聚法确定曲轴的耦合刚度

提出了一种精度计算曲轴耦合刚度的方法，首先用三维有限元模型生成曲柄模型的整体刚度阵，然后分三步进行自由度凝集，主自由度凝聚，铁木辛柯梁段九自由度凝聚，四自由度主坐标凝聚，最终求出半个曲柄的耦合刚度，与实测结果相比较，取得令人满意的结果。     

曲轴扭振减振器特性参数检测系统

研究一种曲轴扭振减振器特性参数的计算机检测分析系统,该系统以强迫振动的幅频特性为基础,根据最大振幅点与１／２最大振幅点的幅频关系得出减振器特性参数（自振频率ｆ０、阻尼比ζ）的计算公式,通过激振器激励扭振减振器振动并采集减振器的响应数据,计算得出减振器的特性参数,试验结果表明,该系统能准确测定减振器的振动特性参数,为减振器生产中的质量控制提供准确的技术参数,用Ｂ－Ｋ信号分析仪对检测结果进行验证表明,该系统检测结果精确可信。