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4125a型柴油機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(參考版)

2024-09-05 17:36本頁面
  

【正文】 圖表整潔,布局合理,文字注釋必須使用工程字書寫,不準(zhǔn)用徒手畫 3)畢業(yè)論文須用 A4 單面打印,論文 50 頁以上的雙面打印 4)圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5)軟件工程類課題應(yīng)有程序清單,并提供電子文檔 1)設(shè)計(jì)(論文) 2)附件:按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文(復(fù)印件)次序裝訂 3)其它 。 :任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文(復(fù)印件)。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名: 日期: 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名: 日 期: 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 38 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體,均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 致謝人簽名: _黃奇林____ 2020 年 5 月 31 日 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 37 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 本文在撰寫過程中得到了其他老師以及同學(xué)們的支持和幫助,在此也深表感謝。我能完成該論文胡老師給 了我很大的幫助,她態(tài)度和藹、學(xué)識(shí)豐富。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 35 參考文獻(xiàn) [1] 趙枚,陳光治等 .機(jī)械振動(dòng)與噪聲學(xué) [M].科學(xué)出版社, 2020 [2] 李惠彬振動(dòng)理論與工程應(yīng)用 [M].北京理工大學(xué)出版社, [3] 孫靖民 .現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2020 [4] 馬萬?;谟邢拊ǖ膬?nèi)燃機(jī)機(jī)體振動(dòng)分析與噪聲預(yù)測研究 [D].天津大學(xué), 2020 [5] 廖日東,左正興,樊麗霞等 .發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限元技術(shù)應(yīng)用的新進(jìn)展 .內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),1999: 190197. 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[15] [美 ]Saeed Moaveni,王菘,董春敏,金云平等譯 .有限元分析 — ANSYS 理論與應(yīng)用(第二版) [16] 呂琳 .有限元結(jié)構(gòu)分析及實(shí)例解析 . 化學(xué)工業(yè)出版社 .2020. 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 36 致 謝 本文的研究工作是在胡瑋軍老師的指導(dǎo)下完成的。綜合考慮這些后認(rèn)為還存在以下問題需要解決: ( 1)曲軸的有限元模型經(jīng)過簡化的,通過建立更加準(zhǔn)確的曲軸有限元模型,這將更接近曲軸工作實(shí)際; ( 2)在進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)有關(guān)阻尼的問題考慮的并不十分周全,在運(yùn)動(dòng)中阻尼不變的假設(shè)與實(shí)際有一定的差距,這可以進(jìn)一步的研究; ( 3)在本文對曲軸進(jìn)行網(wǎng)格化分時(shí)精度還不是很高 ,且在危險(xiǎn)位置也沒有對模型進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化 ,這都有待提高。結(jié)果表明,模態(tài)分析符合曲軸的實(shí)際工作狀況,柴油機(jī)振動(dòng)對曲軸工作性能的影響主要來自高頻段振動(dòng),其次是中頻段振動(dòng),低頻段振動(dòng)對曲軸工作性能沒有太大的影響。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 34 6 結(jié)論與展望 結(jié)論 本文以 4125A 型柴油機(jī)曲軸為研究對象,基于有限元方法對曲軸建模,并進(jìn)行模型的靜力學(xué)分析、模態(tài)分析,取得了一些有用的結(jié)論,對柴油機(jī)曲軸的改進(jìn)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了一種可靠的研究方法。第 1 階振型為曲軸左右兩端的局部彎曲振動(dòng)和其它地方的扭轉(zhuǎn)振動(dòng);第 2 階振型是曲軸左端的局部彎曲振動(dòng);第 3 階振型是曲軸左端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng);第 5 階振型是曲軸整體的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng);第 6 階振型是曲軸左端的連桿軸頸局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng);第 7 階振動(dòng)是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng);第 8 階振型是曲軸整體的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的疊加振動(dòng);第 9 階振型是曲軸左右端的局部彎曲振動(dòng);第 10 階振型是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng),曲軸的各階模態(tài)頻率如下表: 表 51 模態(tài)分析的各階頻率表 由變形圖可知曲軸在低頻段 Hz~ Hz 和高頻段 Hz~ Hz 變形最嚴(yán)重,所以在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)盡量避免其工作轉(zhuǎn)速在該頻段,因?yàn)?轉(zhuǎn)速 n=1500r/min,所以其工作頻率為 50Hz,該工作頻率偏離曲軸嚴(yán)重變形的頻率區(qū)間,在此工作頻率下發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸不會(huì)發(fā)生較大變形,所以該轉(zhuǎn)速設(shè)置是合理的。 GUI: ANSYS Main Menu— General Postprocessor— Plot Results— Contour Plot— Nodal Solution— DOF Solution— Displacement vector sum。根據(jù)曲軸的支撐情 況曲軸的計(jì)算模型進(jìn)行約束,約束曲軸兩端主軸頸的所有自由度,其他主軸頸 x、 y 方向的自由度,然后進(jìn)行計(jì)算。 ( 4)觀察結(jié)果 模態(tài)分析的結(jié)果被寫入 結(jié)果文件中,包括:固有頻率、振型以及相對應(yīng)力分布情況 。 ( 3)模態(tài)擴(kuò)展 擴(kuò)展模態(tài)是指將振型寫入結(jié)果文件,如果要在后處理器中察看振型,就必須先進(jìn)行擴(kuò)展。 GUI: ANSYS Main Menu— Preprocessor— Loads— Analysis Type— New Analysis 定義分析類型 圖 曲軸分析類型 GUI: ANSYS Main Menu— Preprocessor— Loads— Analysis Type— Analysis Options 定義模態(tài)分析的方法與頻率范圍。在模態(tài)分析中必須要定義彈性模量 EX、 泊松比以及密度 DENS。如分析中包含接觸單元,則系統(tǒng)取其初始狀態(tài)的剛度并且不再改變此剛度的值。這里需要注意兩個(gè)問題:在模態(tài)分析中只有線邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 性行為是有效的。 QR Damped 法 :能夠比較好的解決大阻尼系統(tǒng)的模態(tài)解,阻尼也可以是任何型,建議要提取足夠多的基頻模態(tài) [21]。 Damped 法:阻尼法,該方法采用 Lanczos 算法。 Reduced 法:如果模型中的集中質(zhì)量不會(huì)引起局部振動(dòng),例如像梁和桿那樣,可以使用縮減法,即選擇一組自由度來減小【 K】和【 M】的大小;縮減的剛度矩陣【 K】是精確的,但縮減的質(zhì)量矩陣【 M】是近似的,近似程度取決于主自由度的數(shù)目和位置;在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱的時(shí)候不推薦此法。 PCG Lanczos 法:它屬于 Lanczos 法,所不同的是 PCG 求解器。 Block Lanczos 法 :它是 ANSYS 模態(tài)分析的默認(rèn)求解器,計(jì)算速度快 ,可以在大多數(shù)場合中使用,無論采用何種命令, Block Lanczos 法都可以自動(dòng)采用稀疏矩陣方程來求解,而且在計(jì)算某系統(tǒng)特征值時(shí)所包含一定范圍內(nèi)的固有頻率時(shí),采用這種方法提取模態(tài)分析十分有效。 若在實(shí)際計(jì)算中不考慮結(jié)構(gòu)的阻尼和外載荷,那么其動(dòng)力方程可以簡化為 ? ?? ? ? ?? ? ? ?..uFMK u?? ( ) 它的解為: ( c os ) si nu e t t?? ? ? ?? ? ? ( ) 振型方程為: 2([ ] ) 0KM???? ( ) 轉(zhuǎn)化為求廣義特征值的問題,求解后得到 N 個(gè)方程的特征解就表示了 N 個(gè)固有頻率和 N 個(gè)固有振型。這樣一個(gè)系統(tǒng)的固有頻率和振型的分析稱為模態(tài)分析。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22 5 柴油機(jī)曲軸的模態(tài)分析 柴油機(jī)曲軸模態(tài)分析的概述 任何物體都有其自己的固有頻率和振型。由于在進(jìn)行曲軸分析時(shí)沒有考慮曲軸所受的動(dòng)載荷會(huì)使分析結(jié)果有較大的降低。 圖 定義分析類型 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21 柴油機(jī)曲軸的靜力分析結(jié)果 觀察曲軸靜力分析結(jié)果的路徑如下: GUI: ANSYS Main Menu— General Postprocessor— Plot Results— Contour Plot— Nodal Solution— Stress— von Mises Stress。 施加約束 考慮柴油機(jī)的實(shí)際工作狀況,對曲軸兩端的主軸頸施加 X,Y,Z 三個(gè)方向的約束 ,通過以下命令選中所需面并進(jìn)行施加約束, GUI: ANSYS Main Menu— Preprocessor— Loads— Define Loads— Apply— Structural— Displacement— On Areas 圖 限制自由度 圖 限制自由度效果圖 施加載荷 在曲軸第二缸的連桿軸頸施加最大爆發(fā)壓力 。 圖 曲軸網(wǎng)格圖 本章小結(jié) 本章對曲軸進(jìn)行三維實(shí)體模型的建立和對實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,在對曲軸進(jìn)行建模時(shí),對曲軸模型進(jìn)行了簡化,這有利于減少建模的工作量,但會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際不相符(比如在曲軸過渡處沒有倒角會(huì)導(dǎo)致曲軸在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中,分析結(jié)果會(huì)偏大,還有對曲柄進(jìn)行了簡化,使得曲軸的剛度下降,也會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果偏離實(shí)際。 GUI: ANSYS Main Menu— Preprocessor— Element type— Add/Edit/Delete 定義元 類型 。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 圖 定義彈性模量和泊松比 GUI: ANSYS Main Menu— Preprocessor— Material Props— Material Models— Structural— Linear— Elastic— Density 定義單元的密度 。 ( 1) 定義單元屬性 劃分網(wǎng)格之前,必須賦予模型一定的單元屬性,對不 同的模型,選用不同的單元類型。 映射網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格一般會(huì)對單元的形狀限制,映射網(wǎng)格包括映射面網(wǎng)格和映射體網(wǎng)格,這種不易出現(xiàn)奇異單元。劃分網(wǎng)格時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體的模型的形狀來自行選擇不同的單元類型、密度以進(jìn)行自由
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