內燃機曲軸動態(tài)振動特性的模擬.pdf

1、曲軸是內燃機最為重要的部件,曲軸的模擬計算是一個非常有意義的研究領域.由于曲軸的幾何形狀、邊界條件和作用載荷都非常復雜,要盡量精確地模擬曲軸的振動特性,選擇合適的計算模型是其中關鍵環(huán)節(jié)之一.從以前研究的狀況來看,空間實體有限元是最為合適的方法,但因為受到計算規(guī)模的限制,它目前只被應用于靜力學分析或簡單模態(tài)分析;其它一些建模方法因為過于簡化或適用范圍太窄,所計算的結果與實際相差較大.綜合考慮計算規(guī)模與結果精度,結合曲軸的結構與運行特點,該

2、文提出以考慮剪切變形與轉動慣量的空間Timoshenko梁單元為基礎為曲軸建立有限元模型.該文首先敘述結構動力學中的有限元法原理;其次介紹Timoshenko梁的理論與特點,論述了剪切變形、轉動慣量等因素對梁的振動特性的影響,揭示了Timoshenko梁與Euler梁或桿件的本質區(qū)別;在此基礎上,詳細地陳述了對曲軸系統(tǒng)整體結構建立有限元模型的方法與過程;應用此方法,以一單缸發(fā)動機的曲軸及一四缸發(fā)動機曲軸為實例,采用ANSYS軟件對它們的

3、振動特性進行分析.最后,為使該文的方法得以推廣與應用,采用VC++6.0結合ANSYS與MatLAB編制了一個及模擬、計算和分析于一體的應用軟件系統(tǒng).以單缸發(fā)動機曲軸為模擬對象,分別采用實體有限元與該文方法進行模態(tài)分析,通過比較發(fā)現(xiàn)兩者的結果在數(shù)值上非常接近,形態(tài)上完全一致.同樣采用該文的方法分析一四缸發(fā)動機曲軸,并與其它研究的結果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,其結果表明,該文方法模擬的結果更為接近實驗數(shù)據(jù).緊跟其后,該文對此四缸發(fā)動機曲軸進行了