| 【中文题名】 | 内燃机曲轴动态振动特性的模拟 |
| 【英文题名】 | Dynamic Modeling on Vibration of I.C.E. Crankshafts |
| 【学科专业】 | 动力机械及工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2003-5-26 |
| 【中关键词】 | 曲轴,Timoshenko梁,有限元,振动特性,ANSYS, |
| 【英关键词】 | Crankshaft,Timoshenko beam,FEM,Vibration behavior,ANSYS, |
| 【分类导航】 | 工业技术>能源与动力工程>内燃机>一般性问题>构造> |
| 【论文摘要】 |
曲轴是内燃机最为重要的部件，曲轴的模拟计算是一个非常有意义的研究领域。由于曲轴的几何形状、边界条件和作用载荷都非常复杂，要尽量精确地模拟曲轴的振动特性，选择合适的计算模型是其中关键环节之一。从以前研究的状况来看，空间实体有限元是最为合适的方法，但因为受到计算规模的限制，它目前只被应用于静力学分析或简单模态分析；其它一些建模方法因为过于简化或适用范围太窄，所计算的结果与实际相差较大。综合考虑计算规模与结果精度，结合曲轴的结构与运行特点，本文提出以考虑剪切变形与转动惯量的空间TImoshenko梁单元为基础为曲轴建立有限元模型。
本文首先叙述结构动力学中的有限元法原理；其次介绍Timoshenko梁的理论与特点，论述了剪切变形、转动惯量等因素对梁的振动特性的影响，揭示了Timoshenko梁与Euler梁或杆件的本质区别；在此基础上，详细地陈述了对曲轴系统整体结构建立有限元模型的方法与过程；应用此方法，以一单缸发动机的曲轴及一四缸发动机曲轴为实例，采用ANSYS软件对它们的振动特性进行分析。最后，为使本文的方法得以推广与应用，采用VC++6.0结合ANSYS与MatLAB编制了一个及模拟、计... |
| 【论文题纲】 |
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中文摘要 |
3-4 |
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英文摘要 |
4-7 |
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0 前言 |
7-8 |
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第一章 绪论 |
8-20 |
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§1．1 内燃机曲轴计算研究现状及方法 |
8-16 |
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§1．1．1 应力计算 |
8-11 |
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§1．1．2 疲劳强度计算 |
11 |
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§1．1．3 振动分析 |
11-16 |
|
§1．2 有限元法及ANSYS软件 |
16-19 |
|
§1．2．1 有限元 |
16-18 |
|
§1．2．2 ANSYS软件 |
18-19 |
|
§1．3 本课题的研究内容 |
19-20 |
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第二章 曲轴有限元模型 |
20-42 |
|
§2．1 结构动力学中的有限元 |
20-27 |
|
§2．1．1 空间杆结构 |
20-22 |
|
§2．1．2 空间刚架结构的刚度矩阵 |
22-24 |
|
§2．1．3 结构动力学方程 |
24-27 |
|
§2．2 Timoshenko梁 |
27-31 |
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§2．2．1 转动Timoshenko梁的动力学模型 |
27-29 |
|
§2．2．2 转动Timoshenko梁的固有频率分析 |
29-31 |
|
§2．3 曲轴有限元模型的建立 |
31-35 |
|
§2．3．1 三节点Timoshenko梁单元简介 |
31-32 |
|
§2．3．2 建立模型的方法 |
32-35 |
|
§2．4 曲轴载荷分析 |
35-41 |
|
§2．4．1 曲轴连杆机构的运动分析 |
35-36 |
|
§2．4．2 活塞的运动计算 |
36-37 |
|
§2．4．3 连杆的运动计算 |
37-38 |
|
§2．4．4 曲柄连杆机构在工作过程中的受力分析 |
38-41 |
|
§2．5 总结 |
41-42 |
|
第三章 振动特性的数值模拟 |
42-60 |
|
§3．1 模态分析 |
42-54 |
|
§3．1．1 子空间迭代法 |
42-43 |
|
§3．1．2 实例分析 |
43-50 |
|
§3．1．3 飞轮细分 |
50-54 |
|
§3．2 谐响应分析 |
54-57 |
|
§3．2．1 谐波分析法 |
54-55 |
|
§3．2．2 谐波分析 |
55-57 |
|
§3．3 瞬态分析 |
57-60 |
|
第四章 软件系统 |
60-80 |
|
§4．1 ANSYS与VC++的接口实现 |
60-63 |
|
§4．1．1 实现方法 |
60 |
|
§4．1．2 关键技术 |
60-61 |
|
§4．1．3 模型参数库的调用 |
61 |
|
§4．1．4 参数化模型程序的开发技术 |
61 |
|
§4．1．5 用户界面接口技术 |
61-63 |
|
§4．2 VC++与Matlab的混合编程 |
63-65 |
|
§4．2．1 MatLAB简要介绍 |
63-64 |
|
§4．2．2 MatLAB与Visual C++混编的实现方法 |
64-65 |
|
§4．3 信号处理基础知识 |
65-77 |
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§4．3．1 快速傅立叶变换（FFT变换） |
66-67 |
|
§4．3．2 窗函数及其在谱分析中的作用 |
67-70 |
|
§4．3．3 数字信号处理方法 |
70-77 |
|
§4．4 系统功能介绍 |
77-80 |
|
§4．4．1 模拟计算模块 |
77-78 |
|
§4．4．2 数据处理模块 |
78-80 |
|
第五章 结论及展望 |
80-82 |
|
§5．1 总结 |
80-81 |
|
§5．2 课题展望 |
81-82 |
|
参考文献 |
82-87 |
|
致谢 |
87-89 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.131769 |
