基于ADMAS的柴油机曲轴主轴承载荷分析方法研究

论文摘要

获得准确的激励源信息是进行柴油机结构减振降噪研究的前提,而主轴承受力是柴油机机体振动的主要激励。曲轴系统运动时,构件间会发生碰撞,且实际构件是弹性体,受力时会发生微小变形,构件间的机械力非常复杂,经典力学的机构动力学分析方法很难满足计算精度,试验方法很难测量,而采用多体动力学方法计算曲轴连杆机构的机械力,能有效地提高仿真精度,为柴油机结构减振降噪提供准确的激励源,也能为柴油机曲轴系统构件的应力计算和强度校核提供指导意义。本文基于ADAMS软件,以6112柴油机为研究对象,应用多体动力学方法对柴油机曲轴系统进行仿真研究,以期较准确的获得该柴油机曲轴轴承载荷的动力学分析结果,并进行柴油机单缸失火故障模拟,探讨性的研究为今后柴油机失火故障的诊断提供一些新的思路。在研究的过程中不仅摸索了应用多体动力学建模的方法,在特定的柴油机上尝试了模拟计算曲轴主轴承载荷方法,而且模拟了柴油机实际运行中可能出现的单缸失火故障。为了实现上述目标而开展的主要工作内容为:1)利用三维建模软件Pro/E对6112柴油机曲轴进行了建模与装配。2)将三维模型导入有限元软件MSC/NASTRAN中,对曲轴轴系模型进行了有限元模态计算,分析得到了曲轴固有频率和模态振形,为后续的曲轴仿真提供了可靠的依据。3)将三维模型导入ADAMS中,建立相应的约束,生成刚性体模型。利用MSC/NASTRAN软件对曲轴进行模态分析生成中性文件,将刚性体模型中的曲轴置换成柔性体模型,然后进行了曲轴系统动力学仿真,分析比较刚性体模型和柔性体模型主轴承载荷。4)模拟了柴油机单缸失火故障,针对失火时柴油机各主轴承力进行了对比,并寻找了其变化规律,得到了一些有用的结论,为今后柴油机失火故障的诊断提供了一些新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.3 课题的主要思路及研究内容
• 1.3.1 主要思路
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 基础理论及有限元软件介绍
• 2.1 动力学理论分析
• 2.2 有限元分析的基础理论
• 2.2.1 有限元法的概念
• 2.2.2 有限元法的分析步骤
• 2.2.3 影响有限元法分析精度的因素
• 2.3 有限元软件MSC.NASTRAN简介
• 2.4 小结
• 第3章 柴油机曲轴模态分析
• 3.1 模态分析基础理论
• 3.1.1 计算模态分析思想及其方法
• 3.1.2 曲轴模态分析的现状
• 3.2 曲轴模型的建立
• 3.2.1 三维几何模型的建立
• 3.2.2 单元类型的选择
• 3.2.3 有限元网格划分
• 3.3 曲轴有限元计算模态分析
• 3.4 小结
• 第4章 柴油机曲轴系统动力学仿真分析
• 4.1 MSC.ADAMS仿真平台
• 4.2 多体动力学基本理论
• 4.2.1 多刚体动力学方程
• 4.2.2 多柔体动力学方程
• 4.3 曲轴系统动力学模型
• 4.3.1 柴油机的主要参数
• 4.3.2 刚性曲轴动力学模型建立
• 4.3.3 柔性曲轴动力学模型建立
• 4.4 动力学仿真
• 4.4.1 主轴承X方向载荷仿真分析
• 4.4.2 主轴承Y方向载荷仿真分析
• 4.4.3 主轴承载荷仿真分析
• 4.5 小结
• 第5章 单缸失火时柴油机曲轴仿真分析
• 5.1 失火故障研究现状
• 5.2 失火故障仿真分析
• 5.3 小结
• 第6章 工作总结与研究展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文
• Ⅰ.参加的科研项目
• Ⅱ.发表的论文