[发明专利]一种基于有限元的曲轴应力分析方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元的曲轴应力分析方法，它解决了现有技术中对曲轴的分析不适用于企业的问题，具有实用性强、准确性高、能够通过静力学分析校验曲轴疲劳强度的效果；其技术方案为：建立曲轴三维模型；分别以曲轴带油孔单拐模型、曲轴单拐简化模型和曲轴整体模型作为静力学分析模型，对曲轴进行静力学分析；对比分析上述三种模型，选择最优模型；对曲轴进行动力学分析；进行曲轴模态试验，检验分析结果；优化曲轴，并进行优化后曲轴静力学分析及动力学分析。

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种基于有限元的曲轴应力分析方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，各种新的技术、新的研究应用到发动机的设计过程中，以及越来越严格的排放标准，发动正逐渐的向着高转速、高功率、低油耗、低排放的新的方向发展。但是，一般情况下功率的增大会给发动机带来许多的负面影响，功率增大时，会使活塞最大爆发压力增加，从而造成曲轴连杆轴径承受机械负荷增加，从而可能会引起曲轴的损坏。还可能使气缸气体压力上升率过大，将会产生爆震，发动机的燃烧噪声将会增加，降低发动机的舒适性。当通过增加发动机转速的方法提高发动机的功率时，会导致内燃机的各运动部件的惯性力增大，从而使曲轴等各运动部件的受力问题变得尤为突出。

通常，对受力物体进行应力强度分析的方法有三种：理论分析方法、试验分析方法和应力强度分析方法三种法数值模拟。理论分析法适用于简单的几何模型，该方法可以清楚地揭示数据和物理现象间的参数关系。试验分析法，可以得到较直观的结果，能够清楚的看到所研究的对象所表现出来的物理特性，但是试验周期较长，会消耗大量的人力和财力。现在，人们更多的倾向于计算机数值模拟方法，该方法是利用计算机模拟对各种条件下的受力状况、工作状况等多种状态进行模拟分析。计算机数字模拟的方法，可在设计阶段缩短新曲轴的开发周期，对新产品的各种强度参数进行充分预测，减少高昂成本的投资试验，以提高发动机产品的市场竞争力。因此，对曲轴强度及模态的计算机数值模拟仿真分析技术，越来越多的运用于试验分析中。

现有技术中基于ANSYS Workbench曲轴有限元分析的材料很少，对于要求注重工作效率、结果可靠且多数机械工程师为非专业软件工程师的企业来说，参考价值并不高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于有限元的曲轴应力分析方法，其具有实用性强、准确性高、能够通过静力学分析校验曲轴疲劳强度的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种基于有限元的曲轴应力分析方法，包括以下步骤：

步骤A建立曲轴三维模型；

步骤B分别以曲轴带油孔单拐模型、曲轴单拐简化模型和曲轴整体模型作为静力学分析模型，对曲轴进行静力学分析；

步骤C对比分析上述三种模型，选择最优模型；

步骤D对曲轴进行动力学分析；

步骤E进行曲轴模态试验，检验分析结果；

步骤F优化曲轴，并进行优化后曲轴静力学分析及动力学分析。

进一步的，所述步骤A中，采用SolidWorks建立曲轴三维模型，然后将曲轴三维模型导入ANSYS Workbench中进行定义材料和网格划分。

进一步的，定义曲轴材料为球墨铸铁，弹性模量为173GPa，泊松比为0.3，密度为7.3g/cm³。

进一步的，所述步骤B中对曲轴带油孔单拐模型、曲轴单拐简化模型和曲轴整体模型分别进行承受最大压力及最大拉力两个工况求解与分析。

进一步的，分析后进行静态强度安全系数校核与疲劳安全系数校核。

进一步的，所述步骤D中动力学分析包括模态分析，分析曲轴的自由模态。