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【6h】

连杆的静动态分析优化及动态载荷等效静态转化

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摘要

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 连杆的有限元静态分析

1.2.2 连杆的优化设计

1.2.3 连杆的有限元动态分析

1.3 本文的主要研究内容

2 连杆的运动和受力分析

2.1 连杆的运动分析

2.1.1 连杆的角位移

2.1.2 连杆的角速度

2.1.3 连杆的角加速度

2.2 连杆的受力分析

2.2.1 缸内气体压力

2.2.2 活塞组件的往复惯性力

2.2.3 连杆的惯性力

2.3 连杆在工作中两个危险的工况

2.3.1 最大受拉工况

2.3.2 最大受压工况

2.4 本章小结

3 连杆的静态有限元分析

3.1 有限元法概述

3.1.1 有限元法简介

3.1.2 有限元基本原理

3.2 连杆有限元模型的建立

3.2.1 有限元参数化建模

3.2.2 定义单元类型

3.2.3 定义实常数

3.2.4 定义材料模型

3.2.5 网格的划分

3.2.6 创建接触对

3.3 连杆的静态有限元法分析

3.3.1 边界条件

3.3.2 计算结果和分析

3.4 本章小结

4 连杆的静态优化

4.1 优化设计基本理论

4.1.1 结构优化概述

4.1.2 优化设计的数学模型

4.1.3 优化方法的数学基础

4.1.4 多岛遗传算法简介

4.2 ANSYS-ISIGHT优化设计的过程

4.2.1 ISIGHT简介

4.2.2 ISIGHT-ANSYS集成优化过程

4.3 连杆的优化设计

4.3.1 确定设计变量

4.3.2 目标函数的选取

4.3.3 优化约束条件

4.3.4 优化算法的选取

4.3.5 多岛遗传算法优化参数设置

4.4 优化过程和分析

4.4.1 优化历程和分析

4.4.2 优化结果和分析

4.5 本章小结

5 连杆的瞬态分析和优化

5.1.2 瞬态动力学分析的边界条件

5.1.3 计算结果及分析

5.2 连杆的瞬态动力学优化

5.2.1 正交实验法

5.2.2 优化模型的建立

5.2.3 正交实验法设计

5.2.4 优化结果及分析

5.3 本章小结

6 连杆的动态载荷等效静态转化

6.3 连杆的动态载荷等效静态转化

6.3.1 等效静态载荷节点的选取

6.3.2 关键时间点的识别

6.3.3 动态载荷等效静态转化

6.3.4 计算结果及对比

6.4 本章小结

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的研究成果

致谢

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摘要

连杆是发动机中的关键部件,其结构和受力情况都比较复杂。连杆的强度直接关系到发动机的使用寿命。随着工业技术的发展,对发动机提出了更高的要求,要求连杆在满足结构强度和刚度的前提下,质量尽可能的小,这就使得连杆的工作环境变得愈加恶劣。因此,分析连杆的运动和受力情况,计算连杆的结构强度并进行连杆的优化就变得越发重要。
  以某型号的柴油机连杆为研究对象,首先分析了连杆的运动和受力情况,结合连杆的实际受力曲线,计算了连杆在实际的工作过程中所承受的载荷,其次,在适当简化模型的基础上,进行了连杆在ANSYS中的参数化建模,运用有限元分析软件ANSYS进行了连杆的静态分析,得到了连杆在危险工况的应力云图和位移云图,然后,确定设计变量,目标函数和约束条件,使用集成优化软件ISIGHT结合多岛遗传算法进行了连杆的静态优化,在静态优化的基础上,利用ANSYS软件进行了连杆的瞬态动力学分析,利用正交实验法进行了连杆的动态优化。
  最后,选取了活塞销表面具有代表性的12个节点,作为动态载荷等效静态转化的节点,以这12个节点的最大位移时刻作为关键时间点,进行了连杆的动态载荷等效静态转化,将动态载荷和等效静态载荷作用下连杆的应力和位移进行了对比,结果表明,应力和位移的误差都在合理的范围内,说明了等效静态载荷的合理性和可靠性。

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