柴油機機體關(guān)鍵部位多軸疲勞壽命仿真研究.pdf

1、發(fā)動機是整車的“心臟”，而機體是整個發(fā)動機的骨架和基礎(chǔ)，發(fā)動機上的其余零部件都直接或間接地安裝在機體上。機體在工作時承受極為復(fù)雜的載荷，其疲勞壽命在一定程度上決定了整個發(fā)動機的使用壽命，故對機體的疲勞壽命進行研究意義重大。本文以直列機和V型機兩種類型的發(fā)動機機體為研究對象，對其疲勞壽命仿真進行了深入研究，得到了兩種機體的關(guān)鍵部位及其應(yīng)力狀態(tài)、疲勞壽命及易疲勞失效的部位，給出了一種進行柴油機機體多軸疲勞壽命仿真的方法。
　　本文首先

2、論述了機體疲勞仿真和多軸疲勞理論發(fā)展的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對疲勞的機理、分類、多軸應(yīng)力狀態(tài)的判定以及影響機體疲勞的因素進行了較詳細的歸納分析。
　　在研究臨界平面法基本原理的基礎(chǔ)上，探討了六種常用的基于臨界面法的多軸疲勞壽命預(yù)測模型，這六種壽命模型分別為正應(yīng)變模型、剪應(yīng)變模型、KBM模型、FS模型、SWT模型和WB模型；編制了六種壽命模型確定臨界面的程序，能得到臨界面的位置和相應(yīng)臨界面上損傷參量的數(shù)值；以薄壁圓管試件為研究對象，對其施

3、加拉壓-扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷，探討其在比例、45o非比例、90o非比例三種多軸應(yīng)力狀態(tài)下，六種多軸疲勞壽命預(yù)測模型對其壽命預(yù)測的影響；通過仿真結(jié)果和試驗結(jié)果的對比得出：適用于多軸比例應(yīng)力狀態(tài)下的壽命預(yù)測模型為KBM模型，而WB模型適用于多軸非比例狀態(tài)下的壽命預(yù)測。
　　建立了直列型和V型兩種機體組合結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)有限元分析模型，研究了網(wǎng)格大小和載荷步設(shè)置對機體應(yīng)力結(jié)果的影響，得到了適宜于機體的網(wǎng)格大小和載荷步設(shè)置原則；對直列型和V型兩種機體進

4、行瞬態(tài)有限元分析，根據(jù)瞬態(tài)分析結(jié)果，確定了機體的關(guān)鍵部位（即危險部位），并對關(guān)鍵部位的應(yīng)力狀態(tài)進行多軸判定。結(jié)果表明：對直列型機體，其上表面螺栓孔附近、缸蓋螺栓搭子處為多軸比例狀態(tài)，橫隔板處為多軸非比例應(yīng)力狀態(tài)；對V型機體，其上表面螺栓孔附近、缸體缸間通水孔附近、橫隔板處等關(guān)鍵部位均為多軸非比例應(yīng)力狀態(tài)。
　　將兩種機體瞬態(tài)有限元仿真得到的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，放入已編制好的相應(yīng)多軸壽命預(yù)測模型程序中運算，得到臨界面位置和相應(yīng)的損傷參量數(shù)