[发明专利]一种曲轴动力学分析方法

说明书

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种曲轴动力学分析方法。本发明提供一种曲轴动力学分析方法，包括以下步骤：A、建立发动机及曲轴系零部件的有限元模型，对曲轴进行分块，对分块曲轴直接进行3D实体有限元网格划分；B、将发动机结构及曲轴系零部件数据输入有限元模型中，分别对曲拐进行刚度计算；C、选择润滑油及爆发压力曲线，进行载荷求解；D、对曲轴应力计算及安全系数求解；E、根据求解结果，对曲轴进行评价。本发明提供一种速度快、效率高、可靠性高的曲轴动力学分析方法，大量减少时间；对曲轴进行3D网格划分快速高效，分析模型建立快速、响应快；计算求解时间短；该方法比一维方法更加精确，比完全三维方法更加快速。

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种曲轴动力学分析方法。

背景技术

曲轴是发动机最重要的零部件之一，它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和重量，而且在很大程度上影响着发动机的可靠和寿命。曲轴的破坏事故可能引起其他零部件和发动机的严重损坏。在发动机设计开发之初,需要尽快对曲轴的结构形式、尺寸参数、材料和工艺等进行评估。因此，在发动机概念设计阶段，对曲轴应力和安全系数进行快速高效准确的动力学分析是非常重要的。

传统的曲轴动力学分析中，有如下问题：

1、使用一维分析方法对曲轴进行简化，不能详细反应曲轴结构信息；

2、使用完整的三维分析方法，则需要建立发动机整机FEM有限元模型，复杂零件如缸体、缸盖、曲轴等划分有限元网格和网格装配耗时长；网格数量大，有限元网格质量也难以保证；在庞大的网格数量下，有限元分析耗时长；有限元计算难以收敛，分析易失败。

3、在对曲轴进行网格划分时，先对曲轴进行2D网格划分，再生成3D网格，2D网格划分耗时，3D网格质量有问题，还需对2D网格进行多次调整，消耗时间长。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种速度快、效率高、可靠性高的曲轴动力学分析方法。

本发明采取的技术方案为提供一种曲轴动力学分析方法，包括以下步骤：

A、建立发动机及曲轴系零部件的有限元模型，对曲轴进行分块，对分块曲轴直接进行3D实体有限元网格划分；

B、将发动机结构及曲轴系零部件数据输入有限元模型中，分别对曲拐进行刚度计算；

C、选择润滑油及爆发压力曲线，进行载荷求解；

D、对曲轴应力计算及安全系数求解；

E、根据求解结果，对曲轴进行评价。

作为本发明的进一步改进，所述刚度计算包括扭转、共面弯曲和异面弯曲刚度计算。

作为本发明的进一步改进，所述步骤C包括以下分步骤：

C1、先进行静定求解；

C2、再进行静不定求解。

作为本发明的进一步改进，所述应力计算使用的是准静态方法。

作为本发明的进一步改进，所述安全系数求解使用Goodman图进行求解。

作为本发明的进一步改进，所述步骤D中包括以下分步骤：

D1、先进行单位载荷下的曲拐应力计算，所述曲拐包括1/2主轴颈、1/2连杆颈、曲柄臂、连杆轴颈圆角、主轴颈圆角、油孔；

D2、再进行各工况载荷下曲轴应力计算。

作为本发明的进一步改进，所述求解结果包括曲拐应力计算结果、材料属性。