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曲軸是發(fā)動機(jī)中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、承受載荷比較大的零件。在曲軸的工作過程中，疲勞失效往往是其失效的主要原因，因此，曲軸的疲勞性能強(qiáng)度分析研究顯得尤為重要。
隨著車用發(fā)動機(jī)向大功率方向發(fā)展，同時也要滿足低質(zhì)量、高可靠性要求，傳統(tǒng)的曲軸強(qiáng)度分析方法，由于計算精度低等原因已經(jīng)不能滿足需要。研究結(jié)合多體動力學(xué)和有限元分析方法，使用MSC相關(guān)軟件，計算發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速下曲軸一個工作循環(huán)中的動態(tài)應(yīng)力，并結(jié)合相關(guān)高周疲勞方法，對曲軸的疲勞性能進(jìn)行分析，判斷其疲勞性能是否滿足工程要求。
整個仿真分析由有限元模型生成、一維和三維模態(tài)比較、有限元模態(tài)壓縮、動力學(xué)分析、動應(yīng)力恢復(fù)和疲勞分析組成。分析中使用由MSC Patran進(jìn)行前處理而建立的有限元模型，模型大部分為六面體單元，主要是為了減少節(jié)點(diǎn)數(shù)目并提高計算精度。模型中包括曲軸、扭轉(zhuǎn)減振器、飛輪以及離合器，各個零件之間使用RBE2單元進(jìn)行連接，完整有限元模型如圖。對于新建完成的曲軸系有限元模型，需要同一維梁一質(zhì)量點(diǎn)構(gòu)成的曲軸模型進(jìn)行模態(tài)比較，在保證其一階扭轉(zhuǎn)、彎曲頻率和二階彎曲自振頻率與一維模型一致的情況下，有限元模型才能用于計算使用。若兩者頻率差別較大，需要重新修改有限元模型，并進(jìn)行模態(tài)分析，直到達(dá)到要求為止。當(dāng)然，作為頻率分析標(biāo)準(zhǔn)的一維模型必須保證各個分塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量的準(zhǔn)確性。
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