文档介绍：毕业设计(论文)开题报告
学生姓名
系部
汽车与交通工程学院
专业、班级
指导教师姓名
职称
讲师
从事
专业
车辆工程
是否外聘
□是■否
题目名称
4G63发动机曲轴设计及有限元分析
一、课题研究现状、选题目的和意义
随着发动机的不断强化,曲轴的工作条件愈加苛刻,保证曲轴的工作可靠性至关重要,其设计是否可靠,对柴油机的使用寿命有很大影响,因此在研制过程中需要给予高度重视。由于曲轴的形状及其载荷比较复杂,对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法,是分析各种结构问题的强有力的工具,使用有限元法可以方便地进行分析并为设计提供理论依据。
基于几何模型的网格生成,可以通过制定不同区域的单元大小,是网格密度合理。基于三维实体模型建立有限元网格符合现代CAD并行工程的要求。现代CAD并行工程要求分析模型能充分利用设计主模型,并与设计主模型相关一致。显然这样极大地提高了分析结果的可信度,同时也大大提高了有限元网络模型的生成速度和分析效率,节约了大量的时间和人力。这对于有限元实际运用具有重要意义,目前通过许多大型CAD软件,人们可以不加简化的建立汽车发动机的许多复杂零部件的有限元网络模型。尽管有限元网格自动生成技术发展到现在,出现了大量的不同的实现方法,如应设法、布点及三角化法、拓扑分解法、几何分解法、基于栅格法等等,但是所有的这些方法在大规模复杂结构中的运用上仍然具有许多困难。突出的表现在两方面:一是几何元素过多,是的现有算法一次自动生成其有限元网格需要高性能、高配置的硬件,现在算法难以实现;二是有些几何元素太复杂或者几何元素尺寸的大小相差悬殊,导致现有算法失效或者生成网络的质量欠佳。
在现有条件下,解决上述问题的一个有效途径就是引入非流形几何建模技术,将原有几何模型在拓扑上通过内部边界分解为多几个相对简单的拓扑子域,由于非流形模型可以实现内部边界的直接查询,故在利用现有算法对分解后的各个子域进行网格自动划分时,不会出现相邻边界的划分错误。由此可以实现子域的各个击破,并最终完成大规模复杂结构的有限元网络划分。因此实际上增强了各种有限元网络自动生成技术的功能,拓宽了汽车发动机中可分析零件的范围。
解决上述问题的另一条有效途径是,现将结构划分成某些区域节点并不连续的有限元网格,再通过施加节点间位移约束消除模型变形的不协调。另外部分大型软件不仅可以实现单个零件基于几何模型的有限元网格自动生成,对装配模型的有限元网格的建立或多零件的有限元网格的模型装配也可以方便的实现。
而目前汽车发动机中最复杂的零部件包括曲轴,可根据CAD实体模型直接建立非常精确的有有限元网络模型,为这些先前几乎无法进行可靠计算的零部件,提供了一条可行的设计途径。
曲轴是发动机中最重要、载荷最大的零件之一。曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的杂合,并对外输出扭矩,理论和实践表明,发动机的曲轴的破坏形式主要是弯曲破坏。因此在曲轴内产生交变的弯曲应力,可以引起曲轴疲劳失效,而一旦曲轴失效,就可能引起其他零件随之破坏。所以对于整体式多缸曲轴,如何比较准确地得到应力、变形的大小及分布,对用于指导曲轴的设计和改进,具有重要意义。
根据名义应力和应力集中系数计算曲轴应力的传统方