某型号柴油机曲轴疲劳寿命分析方法研究

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曲轴是往复活塞式内燃机中成本最高的零件,工作过程中既承受扭转作用又承受弯曲作用,产生疲劳应力状态,最常见的损坏原因是弯曲疲劳破坏。曲轴的疲劳寿命很大程度上影响着内燃机的使用寿命,因此,对曲轴的疲劳寿命分析方法研究很有必要。本文先以某弯曲疲劳试件为研究对象,采用有限元分析方法模拟曲轴弯曲疲劳试验的加载方式,通过分析比较3种方案的应力计算结果,确定比较理想的弯矩加载方式:在刚性面主节点处加载弯矩。再以某4112型柴油机的曲轴为研究对象,建立5种不同单元长度的有限元模型,加载静态弯矩,获取曲轴单拐的静态应力,与试验数据对比,确定了误差最小的曲轴单拐有限元模型。在此基础上,选取谐振式弯曲疲劳试验正弦加载曲线中的13个数据点,进行瞬态动力学计算,获取了曲轴的瞬态应力;将有限元计算结果导入疲劳寿命分析软件nCodeDesignLife应力疲劳寿命分析模块中,并设置相应的材料疲劳性能参数、载荷历程及损伤参量,进行应力寿命分析,通过采用不同损伤参量计算曲轴的疲劳寿命,并与试验数据对比,得出VonMises等效应力作为损伤参量的计算方法与试验数据在一个数量级,均为106量级,误差因子在1.5倍以内。
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