16V240ZJD型柴油机汽缸爆发压力对传动轴疲劳强度影响的研究

论文摘要

随着我国列车在重载、高速方向不断取得突破,内燃机车车辆的纵向牵引力及承受的冲击载荷也大幅度增加。然而,车辆关键零部件的疲劳断裂问题不断出现,对铁路运行过程中的可靠性和安全性带来了巨大的挑战。由于某内燃机车16V240ZJD型柴油机传动轴在回段检修中发现多起疲劳断裂现象,传动轴疲劳强度问题已经引起人们的重视。为了保证传动轴能够正常的使用,有必要探索提高柴油机传动轴疲劳强度的有效方法。本文以16V240ZJD型柴油发动机的传动轴为研究对象,利用现代CAE技术,将有限元、多体系统仿真技术融于一体,探索通过调整汽缸爆发压力的方法提高传动轴的疲劳强度,为传动轴的安全维护提供简单实用的方法。具体研究步骤包括:1)利用多体动力学仿真曲轴轴系的动力学特性,分析曲轴转速的变化和扭矩的波动;2)利用调整柴油机气体爆发压力的手段降低曲轴转速的变化,从而减少曲轴输出扭矩波动;3)编制各工况下柴油机传动轴扭矩载荷谱,利用Miner线性疲劳累积损伤准则,对比分析传动轴在不同工况下的疲劳安全系数,找出提高传动轴疲劳强度的方法。研究表明,维持1-8缸气体爆发压力不变,降低9-16气体爆发压力至指数3条件下,传动轴疲劳强度提高程度最大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 曲轴轴系多体动力学研究现状
• 1.3 疲劳研究的历史与现状
• 1.4 传动轴疲劳断裂研究现状
• 1.5 本文研究目的和主要内容
• 第二章 多体系统动力学理论基础
• 2.1 多体系统动力学研究现状
• 2.1.1 多体系统建模理论
• 2.1.2 多体系统动力学数值求解
• 2.2 多刚体动力学理论
• 2.2.1 广义坐标的选取
• 2.2.2 多刚体动力学方程
• 2.2.3 动力学方程的求解
• 2.3 多柔体动力学理论
• 2.3.1 柔性体系统中的运动学分析
• 2.3.2 多柔体系统动力学方程的建立
• 第三章 基于虚拟样机技术的曲轴轴系建模
• 3.1 虚拟样机技术概述
• 3.2 曲轴轴系多刚体模型的建立
• 3.2.1 曲轴系三维几何模型的建立
• 3.2.2 曲轴轴系多刚体动力学模型
• 3.3 曲轴轴系刚、柔混合模型的建立
• 3.3.1 曲轴柔性体中性文件的生成
• 3.3.2 曲轴轴系刚、柔混合
• 3.4 小结
• 第四章 曲轴轴系多体动力学仿真
• 4.1 边界条件的确定
• BOOST 柴油机燃烧模型的建立'>4.1.1 基于AVL_BOOST 柴油机燃烧模型的建立
• 4.1.2 BOOST 仿真
• 4.1.3 气体爆发压力的施加
• 4.1.4 轴系约束
• 4.2 曲轴系刚、柔混合仿真分析
• 4.3 调整汽缸爆发压力后的动力学仿真分析
• 4.3.1 汽缸爆发压力的调整
• 4.3.2 不同压力条件下的仿真
• 4.3.3 扭矩载荷的处理
• 4.4 小结
• 第五章 汽缸爆发压力对传动轴疲劳强度的影响
• 5.1 疲劳强度理论
• 5.1.1 材料的疲劳特性
• 5.1.2 疲劳累积损伤理论
• 5.1.3 疲劳载荷的统计处理
• 5.1.4 交变应力作用下的疲劳强度安全系数
• 5.2 不同工况下传动轴的疲劳强度
• 5.2.1 用雨流计数法计算载荷谱
• 5.2.2 传动轴疲劳强度分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 柴油机一个循环中汽缸爆发压力及活塞端面力
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢