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基于有限体积法的柴油机曲轴振动分析
摘要
曲轴是柴油机最重要的部件之一。研究曲轴的动态性能,掌握曲轴在工作过程中的
振动规律,对提高曲轴的可靠性和寿命具有重要意义。曲轴振动分析为典型的工程问题。
本文以CY4102型柴油机曲轴为研究对象,利用多物理场耦合软件GTEA设计开发基于
有限体积法的柴油机振动分析模块,利用该模块进行曲轴模态和瞬态动力学特性求解,
完成曲轴模态和瞬态动力学计算结果的试验验证和分析。
基于弹性力学控制方程推导基于格点型有限体积法格式的振动控制微分方程,建立
CY4102型柴油机曲轴的实体模型,使用三角形单元与四面体单元进行网格划分。通过
简单板结构和梁结构验证了有限体积法在模态分析和动力学分析中的可行性,并验证了
有限体积法具有较高的计算精度。
基于多物理场耦合软件GTEA,设计开发柴油机曲轴振动分析模块,形成完整的程
序结构与计算流程。应用所开发的曲轴振动分析模块对曲轴进行了模态分析,并将计算
结果与有限元法计算结果和模态试验结果进行对比,验证数值计算结果的准确性。结果
表明该模态分析模块具有较高的计算准确性。
应用Newmark算法对振动控制微分方程进行时间离散,计算曲轴在一个工作周期
内各监测点的应力与变形规律,将计算结果与Ansys计算结果和锤击试验结果进行对
比。结果表明该瞬态动力学模块具有较高的计算准确性。
关键词:有限体积法;柴油机;曲轴振动;模态分析;瞬态动力学分析
基于有限体积法的柴油机曲轴振动分析
Abstract
Thecrankshaftisoneofthemostimportantpartsofadieselengine.Itisofgreat
significancetostudythedynamicperformanceofthecrankshaftandmasterthevibration
lawofthecrankshaftintheworkingprocess,soastoimprovethereliabilityandlifeofthe
crankshaft.Crankshaftvibrationanalysisisatypicalengineeringproblem.Inthispaper,
thecrankshaftofCY4102dieselengineistakenastheresearchobject,andadieselvibration
analysismodulebasedonfinitevolumemethodisdesignedanddevelopedbyusingmulti-
physicalfieldcouplingsoftwareGTEA.Byusingthismodule,themodalandtransient
dynamicscharacteristicsofcrankshaftaresolved,andtheexperimentalverificationand
analysisofthecalculationresultsofmodalandtransientdynamicsofcrankshaftare
completed.
Thevibrationcontroldifferentialequationbasedonlatticefinitevolumemethodis
derivedbasedonthegoverningequationofelasticity.Thesolidmodelofcr