文档介绍：江苏科技大学
硕士学位论文
半组合式船用柴油机曲轴红套工艺的研究与设计
姓名:梁明明
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及自动化
指导教师:孟梅
2011-03-12
摘要

随着世界船市的变化和我国经济的发展,从二十世纪九十年代起世界造船业中心
已显现了向中国转移的趋势。作为柴油机核心部件之一的曲轴,其质量的好坏对整个
发动机寿命至关重要。所以开展对半组合式船用曲轴红套工艺的研究具有非常重要的
意义。
鉴于感应加热器具有易控制、效率高、污染少等优点,本文采用中频感应加热器
加热曲轴,采用有限元方法建立了电磁场、温度场方程,并且利用 ANSYS 软件对曲
轴红套的感应加热过程进行了模拟。本文的主要研究内容如下:
1. 深入的研究了感应加热相关理论,主要包括:感应加热的基本原理,尤其是涡
流的集肤效应和透入深度问题;感应加热数值模拟理论及有限元方法;电磁场基本定
律及温度场相关理论。
2. 研究、归纳总结了 ANSYS 软件多场耦合分析的类型,并对曲轴红套过程中涉
及到的多场耦合过程,分别确定了恰当的分析方法:电磁-热场耦合分析的物理环境法、
热-结构场耦合分析的间接法。
3. 利用有限元软件 ANSYS 仿真了用中频感应加热器加热半组合式船用柴油机曲
轴的全过程。特别是对其耦合仿真中几个关键问题进行了恰当的处理,如采用查表法
解决了材料物理参数随温度的变化而改变的问题和利用物理环境法实现了电磁场、温
度场两个场的循环耦合问题。
4. 利用 APDL(参数化程序设计语言)编写了一套基于 ANSYS 的曲轴红套加热过
程的命令流并对 ANSYS 进行了二次开发,进而可以高效率的分析不同电流密度、
频率等参数对曲臂温度的影响,为红套工艺制定提供参考依据。
本文利用 ANSYS 软件对曲轴红套感应加热过程进行了仿真,并通过实验验证了
仿真方法的正确性。同时,通过 APDL 对 ANSYS 二次开发,仿真了不同加热参
数对曲臂温度的影响,确定了一组合理的曲轴红套加热参数。

关键词曲轴;红套;数值模拟;二次开发

II
Abstract
Abstract

With the variation of the international ship industry and the development of our
country’s economy, ship building center of the world has shown the trend of shifting to
China from the 1990’s. Crankshaft is one of ponents of diesel, and its quality is
vital to the endurance of engine. As a result, it is significant to carry out research for
shrinkage fit of marine semi-built-up crankshaft.
Considering induction heater possesses advantages as easy control, high efficiency, low
pollution, etc. Mid-Frequency induction heater was adopted to heat crankshaft and also
equations of ic field and temperature field based on FEM, moreover, ANSYS
software was used to simulate the heating process to shrinkage fit. The main research
contents of this paper were listed as:
1. Based on the former research results, induction heating theory was introduced in
detail which include: elementary principle of induction heating, especially the skin effect of
eddy and depth of ration, the theory of numerical simulation for