MSCfatigue柴油发动机曲轴疲劳分析示例.ppt
MSC柴油发动机曲轴疲劳分析示例,MSC北京办事处,内容,MSC疲劳分析简介应力/应变分析载荷历程计算疲劳分析结论,MSC疲劳分析简介,柴油发动机曲轴在旋转时，承受周期载荷，因此设计时必须考虑疲劳破坏因素；柴油发动机曲轴疲劳属于高周疲劳问题，适合使用s-n方法预测寿命；疲劳分析必须首先确定模型的载荷分布与载荷历程。,柴油发动机疲劳分析特点,疲劳分析步骤：利用有限元分析软件(本例采用MSC.Nastran)，得到模型的应力/应变分布；利用MSC.Adams，得到作用在模型上的载荷历程；利用MSC.Fatigue，进行模型的疲劳分析。,MSC公司提供完善的疲劳分析解决方案,MSC疲劳分析流程,MSC.NASTRAN 有限元分析 MSC.FATIGUE 疲劳寿命分析MSC.ADAMS 载荷历程计算,应力/应变分析,模型上的应力/应变分布,疲劳分析前，模型的应力/应变分布情况利用有限元分析得到；本题使用MSC.Patran、MSC.Nastran进行模型的应力/应变分析。,应力/应变分析,MSC.Patran读入原始的三维CAD模型，进行有限元分析的前处理；模型共划分136,713个四面体单元（如下图所示）。,发动机曲轴有限元网格图,载荷工况与边界条件,模型在不同位置处分别承受垂直载荷与水平载荷，对应不同的的工况，在各工况下施加约束条件与单位载荷；共定义12个工况；下图所示为其中一个工况下的约束和载荷情况。,一个载荷工况的边界条件,为轴承处约束 为联结处载荷,有限元分析结果,模型应力在各工况下分别计算；共得到12个结果工况，应力云图见下图。,各垂直载荷工况下应力结果云图,各水平载荷工况下应力结果云图,载荷历程计算,载荷历程计算,利用MSC.ADAMS 2005/Engine对模型进行仿真分析；从分析结果，得出疲劳分析所需的载荷历程。,初始计算条件,发动机夹角：发火夹角120度点火顺序：1-5-3-6-2-4活塞行程：135mm缸间距：135mm缸径：113mm有效连杆长度：217mm轴承数目：7曲柄轴承直径：75mm曲柄轴承长度：42mm主轴承直径：100mm主轴承长度：37mm止推轴承位置：第七主轴承档活塞销直径：45mm活塞销长度：92mm发动机爆发压力曲线见两个EXCEL文件，分别为1400转/分和2300转/分的工况。曲轴材料：42CrMoA弹性模量：2.06E5MPa，泊松比：0.3，强度极限：1080MPa，屈服极限：930MPa,MSC.ADAMS/Engine模型,计算模型,计算模型组成,44 Moving Parts(not including ground)12 Point_masss1 Cylindrical Joints5 Revolute Joints12 Spherical Joints19 Fixed Joints5 Hooke Joints1 Atpoint Primitive_Joints25 Inline Primitive_Joints8 Inplane Primitive_Joints1 Orientation Primitive_Joints12 Parallel_axes Primitive_Joints8 Perpendicular Primitive_Joints5 Motions,计算工况,发动机转速：1400rpm发动机转速：2300rpm,发动机转速1400rpm工况载荷计算结果,各缸爆发压力计算结果（1400rpm）,各缸主轴承载荷计算结果（1400rpm）,止推主轴承载荷计算结果（1400rpm）,各曲柄轴承载荷计算结果（1400rpm）,各活塞销轴承载荷计算结果（1400rpm）,发动机转速2300rpm工况载荷计算结果,各缸爆发压力计算结果（2300rpm）,各缸主轴承载荷计算结果（2300rpm）,止推主轴承载荷计算结果（2300rpm）,各曲柄轴承载荷计算结果（2300rpm）,各活塞销轴承载荷计算结果（2300rpm）,疲劳分析,疲劳分析说明,在前面有限元分析和Adams载荷分析基础上，进行疲劳分析；采用s-n寿命预测法计算疲劳寿命；由于模型的材料信息不完全，这里采用近似s-n曲线。,模型上的载荷历程,施加在模型上的载荷已由MSC.Adams计算得出；MSC.Fatigue 可将此计算结果文件导入，作为疲劳分析时的载荷历程。,施加在各曲柄连杆连接处垂直方向的载荷历程（六个位置处 一个周期）,施加在各曲柄连杆连接处水平方向的载荷历程（六个位置处 一个周期）,曲轴材料疲劳数据,材料的疲劳特性曲线可通过查阅手册获得；由于所提供的材料信息不完全，计算中采用近似的s-n曲线（如下图）。,曲轴材料疲劳曲线,疲劳分析结果：旋转次数分布云图,疲劳分析结果：最危险点处位置（绿色标志处）,疲劳分析结果：危险点处寿命及损伤数据,结论,MSC.Fatigue 能在设计早期有效地预估零部件的寿命，实现优化设计；结合台架试验及样机试验，可对计算模型进行验证及修正；MSC.ADAMS/Engine方便易用，可以快速建立发动机三维实体模型；MSC.ADAMS/Engine模型修改方便，在同一机型下可以做多组发动机参数对比；MSC.Adams所提供的载荷谱可以方便地导入到MSC.Fatigue进行疲劳分析。MSC提供完善的疲劳分析解决方案，方便进行寿命分析；,
