一種曲軸動力學(xué)分析方法
一種曲軸動力學(xué)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸動力學(xué)分析方法。本發(fā)明提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì)算；C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；E、根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。本發(fā)明提供一種速度快、效率高、可靠性高的曲軸動力學(xué)分析方法，大量減少時(shí)間；對曲軸進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分快速高效，分析模型建立快速、響應(yīng)快；計(jì)算求解時(shí)間短；該方法比一維方法更加精確，比完全三維方法更加快速。
【專利說明】一種曲軸動力學(xué)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸動力學(xué)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸是發(fā)動機(jī)最重要的零部件之一，它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動 機(jī)的整體尺寸和重量，而且在很大程度上影響著發(fā)動機(jī)的可靠和壽命。曲軸的破壞事故可 能引起其他零部件和發(fā)動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)之初，需要盡快對曲軸的結(jié)構(gòu) 形式、尺寸參數(shù)、材料和工藝等進(jìn)行評估。因此，在發(fā)動機(jī)概念設(shè)計(jì)階段，對曲軸應(yīng)力和安全 系數(shù)進(jìn)行快速高效準(zhǔn)確的動力學(xué)分析是非常重要的。
[0003] 傳統(tǒng)的曲軸動力學(xué)分析中，有如下問題：
[0004] 1、使用一維分析方法對曲軸進(jìn)行簡化，不能詳細(xì)反應(yīng)曲軸結(jié)構(gòu)信息；
[0005] 2、使用完整的三維分析方法，則需要建立發(fā)動機(jī)整機(jī)FEM有限元模型，復(fù)雜零件 如缸體、缸蓋、曲軸等劃分有限元網(wǎng)格和網(wǎng)格裝配耗時(shí)長；網(wǎng)格數(shù)量大，有限元網(wǎng)格質(zhì)量也 難以保證；在龐大的網(wǎng)格數(shù)量下，有限元分析耗時(shí)長；有限元計(jì)算難以收斂，分析易失敗。
[0006] 3、在對曲軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，先對曲軸進(jìn)行2D網(wǎng)格劃分，再生成3D網(wǎng)格，2D網(wǎng)格 劃分耗時(shí)，3D網(wǎng)格質(zhì)量有問題，還需對2D網(wǎng)格進(jìn)行多次調(diào)整，消耗時(shí)間長。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種速 度快、效率高、可靠性高的曲軸動力學(xué)分析方法。
[0008] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：
[0009] A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接 進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；
[0010] B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì) 算；
[0011] C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；
[0012] D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；
[0013] E、根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)、共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì) 算。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟C包括以下分步驟：
[0016] C1、先進(jìn)行靜定求解；
[0017] C2、再進(jìn)行靜不定求解。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)力計(jì)算使用的是準(zhǔn)靜態(tài)方法。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述安全系數(shù)求解使用Goodman圖進(jìn)行求解。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟D中包括以下分步驟：
[0021] D1、先進(jìn)行單位載荷下的曲拐應(yīng)力計(jì)算，所述曲拐包括1/2主軸頸、1/2連桿頸、曲 柄臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔；
[0022] D2、再進(jìn)行各工況載荷下曲軸應(yīng)力計(jì)算。
[0023] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述求解結(jié)果包括曲拐應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、材料屬性。
[0024] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟E之后還有步驟F:評價(jià)為不滿足曲軸材料強(qiáng) 度及疲勞安全系數(shù)要求，需對曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改，再重新進(jìn)行計(jì)算。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是：在采用了本發(fā)明的技術(shù)方案后，取得了以下的有益效果： 1、不需要對缸體、缸蓋等復(fù)雜零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，大量減少時(shí)間；2、對曲軸進(jìn)行3D網(wǎng)格劃 分快速高效，避免了傳統(tǒng)方法中需先進(jìn)行2D網(wǎng)格劃分，再進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分的方法的繁瑣、 效率低等弊端；3、分析模型建立快速、響應(yīng)快；4、計(jì)算求解時(shí)間短；5、該方法比一維方法更 加精確，比完全三維方法更加快速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法的流程圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法曲軸切割分塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法扭轉(zhuǎn)剛度示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法共面彎曲剛度示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法異面彎曲剛度示意圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法曲拐結(jié)構(gòu)圖；
[0032] 圖7是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法Goodman圖。
[0033] 圖中數(shù)字表示：1、連桿頸中心線；2、主軸頸中心線；3、曲拐。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：
[0036] A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接 進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；為了保證應(yīng)力計(jì)算精度，網(wǎng)格劃分需要在圓角區(qū)域更細(xì)更 密；所述網(wǎng)格劃分包括：1、將曲軸模型導(dǎo)入Hypermesh中，取主軸頸和連桿軸頸的中心平 面，如圖2所示，將曲軸分塊。
[0037] 2、選擇3D中的tetramesh，選擇Volume Tetra直接對曲軸分塊進(jìn)行3D實(shí)體網(wǎng)格 劃分，從而避免了傳統(tǒng)的先進(jìn)行2D網(wǎng)格的劃分，再進(jìn)行3D網(wǎng)格的劃分，3D網(wǎng)格質(zhì)量不合格， 還需在2D網(wǎng)格和3D網(wǎng)格之間反復(fù)調(diào)整的繁瑣方法。為保證后續(xù)曲軸應(yīng)力計(jì)算精度，圓角 Fillet區(qū)域網(wǎng)格要精細(xì)。
[0038] 如圖3至圖6所示，B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型Engdyn 中，分別對曲拐2進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì)算，計(jì)算曲軸剛度，如圖3所示，不 需搭建分析模型，不用劃分網(wǎng)格，節(jié)省了大量時(shí)間，使得分析周期大大縮短。
[0039] 扭轉(zhuǎn)剛度：在垂直于連桿頸中心線1和主軸頸中心線3的平面上，施加扭矩，計(jì) 算出來的剛度。
[0040] 共面彎曲剛度：在通過連桿頸中心線1和主軸頸中心線3的平面上，施加扭矩， 計(jì)算出來的剛度。
[0041] 異面彎曲剛度：在垂直于通過連桿頸和主軸頸中心線所形成的平面，且通過主軸 頸中心線的平面上，施加扭矩，計(jì)算出來的剛度。
[0042] C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；
[0043] 所述步驟C包括以下分步驟：
[0044] C1、先進(jìn)行靜定求解；
[0045] C2、再進(jìn)行靜不定求解。
[0046] 載荷求解：從Engdyn的潤滑油數(shù)據(jù)庫中選擇合適的潤滑油牌號。將各工況下的爆 發(fā)壓力曲線輸入模型中。選擇Indeterminate靜不定求解計(jì)算，這時(shí)會先進(jìn)行Determinate 靜定求解，求解靜力平衡方程，將其結(jié)果作為Indeterminate靜不定求解的初始條件，加入 保證結(jié)構(gòu)連續(xù)性所應(yīng)滿足的變形幾何關(guān)系的變形協(xié)調(diào)條件，得出各工況下的曲軸載荷。
[0047] 如圖7所示，D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；使用有限元準(zhǔn)靜態(tài)
[0048] FE Quasi-Static方法，進(jìn)行單位載荷Unit Loads的計(jì)算。基于單位載荷Unit Load的計(jì)算結(jié)果，對曲柄臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔等進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。使用 Goodman圖進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算。
[0049] 該應(yīng)力耦合彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[0050] 定義σ y。為材料壓縮屈服強(qiáng)度，
[0051] 〇yt為材料拉伸屈服強(qiáng)度，
[0052] 〇 ut為材料的極限抗拉強(qiáng)度，
[0053] 〇 fl為材料的疲勞極限強(qiáng)度。
[0054] 根據(jù)上述參數(shù)，可繪制出如圖4所示的Goodman Safety Factor曲線圖。根據(jù) Goodman曲線圖，可以計(jì)算出各個(gè)工況下的安全系數(shù)。
[0055] 其中〇m為平均應(yīng)力，計(jì)算方法為： _
【權(quán)利要求】
1. 一種曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：包括以下步驟： A、 建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接進(jìn)行 3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分； B、 將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì)算； C、 選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解； D、 對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解； E、 根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)、 共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟C包括以下分 步驟： C1、先進(jìn)行靜定求解； C2、再進(jìn)行靜不定求解。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述應(yīng)力計(jì)算使用的是 準(zhǔn)靜態(tài)方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述安全系數(shù)求解使用 Goodman圖進(jìn)行求解。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟D中包括以下 分步驟： D1、先進(jìn)行單位載荷下的曲拐應(yīng)力計(jì)算，所述曲拐包括1/2主軸頸、1/2連桿頸、曲柄 臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔； D2、再進(jìn)行各工況載荷下曲軸應(yīng)力計(jì)算。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述求解結(jié)果包括曲拐 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、材料屬性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟E之后還有步 驟F :評價(jià)為不滿足曲軸材料強(qiáng)度及疲勞安全系數(shù)要求，需對曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改，再重新進(jìn) 行計(jì)算。
【文檔編號】G06F17/50GK104102778SQ201410338434
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】王磊, 穆建華, 葉年業(yè), 唐海嬌, 黃勇和 申請人:上汽通用五菱汽車股份有限公司
【專利摘要】本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸動力學(xué)分析方法。本發(fā)明提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì)算；C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；E、根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。本發(fā)明提供一種速度快、效率高、可靠性高的曲軸動力學(xué)分析方法，大量減少時(shí)間；對曲軸進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分快速高效，分析模型建立快速、響應(yīng)快；計(jì)算求解時(shí)間短；該方法比一維方法更加精確，比完全三維方法更加快速。
【專利說明】一種曲軸動力學(xué)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸動力學(xué)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸是發(fā)動機(jī)最重要的零部件之一，它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動 機(jī)的整體尺寸和重量，而且在很大程度上影響著發(fā)動機(jī)的可靠和壽命。曲軸的破壞事故可 能引起其他零部件和發(fā)動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)之初，需要盡快對曲軸的結(jié)構(gòu) 形式、尺寸參數(shù)、材料和工藝等進(jìn)行評估。因此，在發(fā)動機(jī)概念設(shè)計(jì)階段，對曲軸應(yīng)力和安全 系數(shù)進(jìn)行快速高效準(zhǔn)確的動力學(xué)分析是非常重要的。
[0003] 傳統(tǒng)的曲軸動力學(xué)分析中，有如下問題：
[0004] 1、使用一維分析方法對曲軸進(jìn)行簡化，不能詳細(xì)反應(yīng)曲軸結(jié)構(gòu)信息；
[0005] 2、使用完整的三維分析方法，則需要建立發(fā)動機(jī)整機(jī)FEM有限元模型，復(fù)雜零件 如缸體、缸蓋、曲軸等劃分有限元網(wǎng)格和網(wǎng)格裝配耗時(shí)長；網(wǎng)格數(shù)量大，有限元網(wǎng)格質(zhì)量也 難以保證；在龐大的網(wǎng)格數(shù)量下，有限元分析耗時(shí)長；有限元計(jì)算難以收斂，分析易失敗。
[0006] 3、在對曲軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，先對曲軸進(jìn)行2D網(wǎng)格劃分，再生成3D網(wǎng)格，2D網(wǎng)格 劃分耗時(shí)，3D網(wǎng)格質(zhì)量有問題，還需對2D網(wǎng)格進(jìn)行多次調(diào)整，消耗時(shí)間長。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種速 度快、效率高、可靠性高的曲軸動力學(xué)分析方法。
[0008] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：
[0009] A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接 進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；
[0010] B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì) 算；
[0011] C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；
[0012] D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；
[0013] E、根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)、共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì) 算。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟C包括以下分步驟：
[0016] C1、先進(jìn)行靜定求解；
[0017] C2、再進(jìn)行靜不定求解。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)力計(jì)算使用的是準(zhǔn)靜態(tài)方法。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述安全系數(shù)求解使用Goodman圖進(jìn)行求解。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟D中包括以下分步驟：
[0021] D1、先進(jìn)行單位載荷下的曲拐應(yīng)力計(jì)算，所述曲拐包括1/2主軸頸、1/2連桿頸、曲 柄臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔；
[0022] D2、再進(jìn)行各工況載荷下曲軸應(yīng)力計(jì)算。
[0023] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述求解結(jié)果包括曲拐應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、材料屬性。
[0024] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟E之后還有步驟F:評價(jià)為不滿足曲軸材料強(qiáng) 度及疲勞安全系數(shù)要求，需對曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改，再重新進(jìn)行計(jì)算。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是：在采用了本發(fā)明的技術(shù)方案后，取得了以下的有益效果： 1、不需要對缸體、缸蓋等復(fù)雜零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，大量減少時(shí)間；2、對曲軸進(jìn)行3D網(wǎng)格劃 分快速高效，避免了傳統(tǒng)方法中需先進(jìn)行2D網(wǎng)格劃分，再進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分的方法的繁瑣、 效率低等弊端；3、分析模型建立快速、響應(yīng)快；4、計(jì)算求解時(shí)間短；5、該方法比一維方法更 加精確，比完全三維方法更加快速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法的流程圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法曲軸切割分塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法扭轉(zhuǎn)剛度示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法共面彎曲剛度示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法異面彎曲剛度示意圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法曲拐結(jié)構(gòu)圖；
[0032] 圖7是本發(fā)明曲軸動力學(xué)分析方法Goodman圖。
[0033] 圖中數(shù)字表示：1、連桿頸中心線；2、主軸頸中心線；3、曲拐。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種曲軸動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：
[0036] A、建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接 進(jìn)行3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分；為了保證應(yīng)力計(jì)算精度，網(wǎng)格劃分需要在圓角區(qū)域更細(xì)更 密；所述網(wǎng)格劃分包括：1、將曲軸模型導(dǎo)入Hypermesh中，取主軸頸和連桿軸頸的中心平 面，如圖2所示，將曲軸分塊。
[0037] 2、選擇3D中的tetramesh，選擇Volume Tetra直接對曲軸分塊進(jìn)行3D實(shí)體網(wǎng)格 劃分，從而避免了傳統(tǒng)的先進(jìn)行2D網(wǎng)格的劃分，再進(jìn)行3D網(wǎng)格的劃分，3D網(wǎng)格質(zhì)量不合格， 還需在2D網(wǎng)格和3D網(wǎng)格之間反復(fù)調(diào)整的繁瑣方法。為保證后續(xù)曲軸應(yīng)力計(jì)算精度，圓角 Fillet區(qū)域網(wǎng)格要精細(xì)。
[0038] 如圖3至圖6所示，B、將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型Engdyn 中，分別對曲拐2進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì)算，計(jì)算曲軸剛度，如圖3所示，不 需搭建分析模型，不用劃分網(wǎng)格，節(jié)省了大量時(shí)間，使得分析周期大大縮短。
[0039] 扭轉(zhuǎn)剛度：在垂直于連桿頸中心線1和主軸頸中心線3的平面上，施加扭矩，計(jì) 算出來的剛度。
[0040] 共面彎曲剛度：在通過連桿頸中心線1和主軸頸中心線3的平面上，施加扭矩， 計(jì)算出來的剛度。
[0041] 異面彎曲剛度：在垂直于通過連桿頸和主軸頸中心線所形成的平面，且通過主軸 頸中心線的平面上，施加扭矩，計(jì)算出來的剛度。
[0042] C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解；
[0043] 所述步驟C包括以下分步驟：
[0044] C1、先進(jìn)行靜定求解；
[0045] C2、再進(jìn)行靜不定求解。
[0046] 載荷求解：從Engdyn的潤滑油數(shù)據(jù)庫中選擇合適的潤滑油牌號。將各工況下的爆 發(fā)壓力曲線輸入模型中。選擇Indeterminate靜不定求解計(jì)算，這時(shí)會先進(jìn)行Determinate 靜定求解，求解靜力平衡方程，將其結(jié)果作為Indeterminate靜不定求解的初始條件，加入 保證結(jié)構(gòu)連續(xù)性所應(yīng)滿足的變形幾何關(guān)系的變形協(xié)調(diào)條件，得出各工況下的曲軸載荷。
[0047] 如圖7所示，D、對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解；使用有限元準(zhǔn)靜態(tài)
[0048] FE Quasi-Static方法，進(jìn)行單位載荷Unit Loads的計(jì)算。基于單位載荷Unit Load的計(jì)算結(jié)果，對曲柄臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔等進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。使用 Goodman圖進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算。
[0049] 該應(yīng)力耦合彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[0050] 定義σ y。為材料壓縮屈服強(qiáng)度，
[0051] 〇yt為材料拉伸屈服強(qiáng)度，
[0052] 〇 ut為材料的極限抗拉強(qiáng)度，
[0053] 〇 fl為材料的疲勞極限強(qiáng)度。
[0054] 根據(jù)上述參數(shù)，可繪制出如圖4所示的Goodman Safety Factor曲線圖。根據(jù) Goodman曲線圖，可以計(jì)算出各個(gè)工況下的安全系數(shù)。
[0055] 其中〇m為平均應(yīng)力，計(jì)算方法為： _
【權(quán)利要求】
1. 一種曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：包括以下步驟： A、 建立發(fā)動機(jī)及曲軸系零部件的有限元模型，對曲軸進(jìn)行分塊，對分塊曲軸直接進(jìn)行 3D實(shí)體有限元網(wǎng)格劃分； B、 將發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件數(shù)據(jù)輸入有限元模型中，分別對曲拐進(jìn)行剛度計(jì)算； C、 選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行載荷求解； D、 對曲軸應(yīng)力計(jì)算及安全系數(shù)求解； E、 根據(jù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價(jià)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)、 共面彎曲和異面彎曲剛度計(jì)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟C包括以下分 步驟： C1、先進(jìn)行靜定求解； C2、再進(jìn)行靜不定求解。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述應(yīng)力計(jì)算使用的是 準(zhǔn)靜態(tài)方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述安全系數(shù)求解使用 Goodman圖進(jìn)行求解。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟D中包括以下 分步驟： D1、先進(jìn)行單位載荷下的曲拐應(yīng)力計(jì)算，所述曲拐包括1/2主軸頸、1/2連桿頸、曲柄 臂、連桿軸頸圓角、主軸頸圓角、油孔； D2、再進(jìn)行各工況載荷下曲軸應(yīng)力計(jì)算。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述求解結(jié)果包括曲拐 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、材料屬性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟E之后還有步 驟F :評價(jià)為不滿足曲軸材料強(qiáng)度及疲勞安全系數(shù)要求，需對曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改，再重新進(jìn) 行計(jì)算。
【文檔編號】G06F17/50GK104102778SQ201410338434
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】王磊, 穆建華, 葉年業(yè), 唐海嬌, 黃勇和 申請人:上汽通用五菱汽車股份有限公司
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