论文部分内容阅读
曲轴是柴油机受力最复杂的构件之一,它在周期性变化的气体压力和往复惯性力等载荷的作用下,内部产生迅速变化的交变弯曲和扭转应力,因而容易发生疲劳破坏。且随着内燃机强化程度的不断提高,曲轴的工作条件越来越恶劣,对曲轴进行疲劳可靠性分析成为十分必要和迫切的工作。然而,当前对曲轴疲劳可靠性的研究和应用往往局限于产品形成后的可靠性评价,而不能将隐性的缺陷克服在设计生产阶段。所以探求一种可行有效的主动可靠性计算方法,并将其拓展到产品全寿命周期,成为提高产品质量、降低成本的必然选择。本文以柴油机曲轴为主要研究对象,试图探索一条贯穿于曲轴产品全寿命周期的,实现疲劳主动可靠性计算的科学途径。首先,从理论上较为全面地分析了疲劳损伤模型和疲劳可靠性研究方法,并逐步将重心落脚到基于韧性的疲劳累积损伤模型和结构可靠度方法的研究上;其次,系统地总结了曲轴环境载荷的获取编制理论和计算模型相关技术方法,为后续的疲劳寿命计算和可靠度计算准备基础资料和必要条件;接着,将上述理论方法贯彻到曲轴疲劳主动可靠性的具体分析中去,支撑模型的仿真和疲劳损伤与可靠度算法的实现;最后,应用MATLAB软件编程和VB可视化调用大型建模分析软件UG、ADAMS、ANSYS等的方式,完成原型系统的开发。本文完成的主要工作及相关结论:(1)系统的研究现有的疲劳损伤模型,选择并深入探究了基于材料韧性的疲劳累积损伤理论,建立了适用于曲轴的,基于材料韧性耗散的疲劳累积损伤模型,并将其用于疲劳损伤和疲劳寿命的计算中。(2)较为全面地回顾和分析了当前疲劳可靠性研究的技术方法,借助结构可靠度理论探寻疲劳寿命与可靠度之间的关系,主要从随机变量、功能函数和可靠度算法三个核心问题出发,建立了基于结构可靠度方法的曲轴疲劳可靠性计算模型。(3)探讨了曲柄连杆机构动力学和相关润滑计算理论,阐述了曲轴相关计算模型和有限元分析技术,详细描述了载荷数据雨流计数法的操作原理和程序谱的编制原则,借助三维实体刚柔耦合动力学仿真实验获取相关数据,实践曲轴疲劳主动可靠性算法。(4)针对曲轴的具体设计参数(包括材料、尺寸等),建立仿真模型,将这些因素的复杂性和随机多变性转移到计算机模型中,而在数学模型中,着重考虑作用在曲轴上的载荷、以及其应力响应等信息,以体现全寿命周期主动可靠性。(5)以功率流和数据流为导向,完成了曲轴疲劳主动可靠性的分析计算,并编制了基于VB的原型系统FIRS(Fatigue Initiative Reliability System)。