【正文】 .......................................................................II1 緒論 .......................................................................................................................................1 課題的來源與意義 ....................................................................................................1 課題的來源 .....................................................................................................1 課題的意義 .....................................................................................................1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .................................................................................................1 國外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................3 本課題的主要研究內(nèi)容 ............................................................................................42 有限元理論基礎 ...................................................................................................................6 有限元的基本思想 ....................................................................................................6 有限元的分析步驟 ....................................................................................................6 模態(tài)分析概述 ..........................................................................................................10 結構動力學有限元理論 ..........................................................................................113 基于固有頻率變化的橫向裂紋識別研究 .........................................................................13 裂紋的存在對軸的固有頻率的影響 ......................................................................13 等截面光軸（懸臂梁）的橫向裂紋研究 ..............................................................14 有限元分析軟件 ANSYS 簡介 ...................................................................14 MATLAB 簡介 .............................................................................................15 系統(tǒng)分析模型 ...............................................................................................16 裂紋位置與裂紋深度的變化對軸固有頻率的影響 ...................................20湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文II 裂紋識別的準確性探究 ...............................................................................234 曲軸的橫向裂紋研究 .........................................................................................................27 曲軸實體模型的建立 ..............................................................................................27 CATIA V5 簡介 ..............................................................................................27 曲軸建模過程 ...............................................................................................27 曲軸模態(tài)分析結果 ..................................................................................................30 曲軸實體模型有限元網(wǎng)格劃分 ...................................................................31 無裂紋自由模態(tài)曲軸振動特性 ...................................................................31 無裂紋約束模態(tài)曲軸振動特性 ...................................................................34 含裂紋自由模態(tài)曲軸振動特性 ...................................................................37 模態(tài)頻率識別橫向裂紋的局限性 ...............................................................405 結論與展望 .........................................................................................................................41 結論 ..........................................................................................................................41 展望 ..........................................................................................................................41致謝 ...........................................................................................................................................43參考文獻 ...................................................................................................................................44附表Ⅰ：不同位置與深度光軸有無裂紋固有頻率變化分布表 ...........................................45附表Ⅱ：含裂紋曲軸頻率大于零的前3階固有頻率差值表 .................................................64附錄Ⅲ：電子文檔清單 ...........................................................................................................65湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文11 緒論 課題的來源與意義 課題的來源本課題來源于湖北汽車工業(yè)學院汽車工程系?；谇S實際使用過程中，因疲勞破壞而導致疲勞裂紋進而引起斷裂的事故，利用有限元模態(tài)分析研究曲軸的橫向裂紋識別。因而，保證曲軸的工作可靠性是至關重要的，也是發(fā)動機設計中的重點與難點。而疲勞裂紋會使材料應力水平急劇降低，導致曲軸在力的作用下很容易發(fā)生斷裂。所以，對曲軸進行動態(tài)特性分析是必要的。因此，利用有限元模態(tài)分析來獲取不同狀態(tài)下曲軸的動態(tài)特性規(guī)律以達到識別及控制預防曲軸所產(chǎn)生疲勞裂紋的目的，降低事故發(fā)生的頻率。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國，大量的學者在這一領域進行了深入地研究。唐小兵等人闡述了結構裂紋位置識別的模態(tài)應變能法。首先，他們采用有限元方法分析了裂紋位置及深度對結構固有頻率的影響，并繪制了固有頻率隨裂紋位置的變化曲線；其次，他們將該曲線與有限元分析所獲得的模態(tài)應變能分布曲線及應變模態(tài)振型進行了對比研究；最后，利用結構固有頻率的改變量對裂紋位置進行識別，討論了不同單元劃分和不同模態(tài)階數(shù)對裂紋位置識別的影響。王璋奇，賈建援以帶有邊界表面裂紋的 EulerBernoulli 懸臂梁（如圖 ，其中 L1表示裂紋距離固定端的距離，L 表示懸臂梁的全長）作為分析模型，將含有裂紋的梁的振動問題轉化為由彈性鉸鏈結的兩個彈性梁系統(tǒng)的振動問題，并從中得出理論計算含裂紋梁振動頻率的特征方程。其實質是梁結構中存在的裂紋引起梁結構的剛度變化，結構導致梁的振動頻率變化，從而，根據(jù)梁振動的頻率來推算裂紋的相關參數(shù)。他們的研究結論是:當裂紋深度較小時,振動響應中就出現(xiàn)了兩倍及三倍等倍頻分量，并產(chǎn)生分頻共振現(xiàn)象。crackL1Lcrack湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文3圖 Jeffcott 轉子模型同樣，楊正茂，肖錫武則是以水平放置的Jeffcott裂紋轉子為研究對象，建立了彎扭耦合振動的非線性運動微分方程，并采用數(shù)值方法分析了該轉子系統(tǒng)的動力響應。當裂紋較深、轉速較高時，扭轉對彎曲振動有明顯的影響，使頻譜圖和軸心軌跡都發(fā)生較大的變化，且對轉速的變化極為敏感。 國外研究現(xiàn)狀在國外，對于結構物的破損診斷研究早己是一個研究熱點，許多的學者致力于該領域的研究。他們提出了在夾具剛度未知并可能隨時間變化的情形下，只要監(jiān)測三個自然彎曲頻率，就可以識別出懸臂梁橫向裂紋在軸上的位置，并通過實驗證明了他們方法的正確性。其實質是利用試驗所測得的頻率響應獲取位移關于頻率的相關函數(shù)，并將該函數(shù)轉變?yōu)榍屎瘮?shù)，以進一步的處理，從而得到一個破壞指數(shù)。，利用Hu— Washizu梁振動公式發(fā)展了該微分公式和邊界條件。通過實驗，他們發(fā)現(xiàn)將裂紋建模為一個連續(xù)柔度較之建模為集總柔度，更加接近于實驗的結果。他們發(fā)現(xiàn)無論使用哪種軸承，由轉軸裂紋位置所引起的不穩(wěn)定區(qū)域總是和轉軸的旋轉速度有關。如，將裂紋模擬為彈性鉸鏈或將裂紋模擬為一個連續(xù)柔度。如，研究含裂紋軸的彎扭耦合振動特性或研究徑向軸承支撐下的裂紋軸的穩(wěn)定度和穩(wěn)定性。如，應用模態(tài)應變能法識別橫向裂紋的位置。但是，這些研究卻也存在以下幾方面的局限性：。雖然對這幾種模型上的裂紋進行了比較充分的研究，也提出了許多識別這幾種模型裂紋的方法。因而，其通用性，普遍性很難保證?，F(xiàn)實中，所要識別裂紋的結構往往處在某個系統(tǒng)中，對結構裂紋的識別往往涉及到整個系統(tǒng)的動態(tài)特性。課題的研究內(nèi)容均是線性結構條件下曲軸的動態(tài)特性。、約束兩種狀態(tài)下模態(tài)應力圖；主要目的是研究無裂紋曲軸在兩種狀態(tài)下其主要集中應力部位（應避免出現(xiàn)裂紋的部位） ，為后續(xù)工作的含裂紋曲軸的裂紋開口的位置選擇提供依據(jù)。主要目的是找出不同深度的裂紋對曲軸固有頻率影響的變化規(guī)律，得出一定的結論