六缸发动机曲轴参数化建模及有限元仿真分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

曲轴是发动机中最重要、载荷最大的零件之一。曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，并对外输出扭矩，理论和实践表明，汽车发动机(中小型发动机)曲轴的破坏形式主要是弯曲疲劳破坏。因此在曲轴内产生交变的弯曲应力，可能引起曲轴疲劳失效，而一旦曲轴失效，就可能引起其它零件随之破坏。所以对于整体式多缸机曲轴，如何比较准确地得到应力、变形的大小及分布，对用于指导曲轴的设计和改进，具有重要意义。随着人们对发动机输出性能要求的不断提高，发动机的强化指标也随之而不断提高，曲轴的工作条件也变得越来越严酷。在受到多种周期性变化载荷及惯性力的作用下，如何在设计过程中保证曲轴具有足够的强度和刚度及良好的静态、动态力学特性，成为曲轴设计中的关键性问题。

国外的相关机构很早就开始了对曲轴强度的试验以及研究工作，从上世纪30年代开始就已发表了相关的研究论文，其中多数论文主要研究的是飞机发动机曲轴的疲劳强度。

近年来，国外主要通过大型有限元软件对曲轴进行静态、动态特性分析，以此来研究曲轴强度，如okamura等人使用有限元软件对曲轴建立了较为精确的三维有限元模型，并应用有限元软件分析了曲轴三维振动的振幅，他所得出的分析结果与以往试验测量结果也较为吻合。

2. 研究的基本内容与方案

首先从网上找寻文献和资料，对所研究的项目有个初步的了解，然后仔细阅读文献，从中整理出研究该项目所需要的方法和步骤。需要使用的软件是建模软件catia和有限元分析软件hypermesh，或者直接使用ansys软件，既完成了建模，也可以直接在同一个软件上进行有限元的分析。研究的开始，要对曲轴的尺寸参数进行查找和选取，并对曲轴进行大致的受力分析，然后在建模软件中建立出曲轴的三维模型，随后将模型以正确格式导出，导入进有限元分析软件中，选取合适的材料、单元类型、网格划分形式和边界条件等，通常需要进行静力模态分析和有约束模态分析两种模态分析，然后得到不同情况下曲轴的变形图和等效应力云图，从而分析得出曲轴易变形、应力集中的区域，为优化曲轴提供理论基础，最后在结构上优化曲轴，并再次使用有限元分析软件进行分析，得出图像，完成研究。主要研究内容如下：

1)检索文献，了解国内外关于此课题的研究现状，确定研究方案和研究路线；

2)查找并确定曲轴的尺寸参数，然后对曲轴进行受力分析，并使用catia软件来建模；

3. 研究计划与安排

第1周（2.24-2.29）：学生提交文献检索摘要。

第2-3 周（3.2-3.15）：进撰写开题报告。并在网上提交报告。整理论文提纲、设计概要。

第4 周（3.16-3.22）：进行外文翻译，并提交外文翻译译文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘波.曲轴参数化建模和有限元分析[d].武汉:武汉理工大学,2006.

[2]张国庆.零件剩余疲劳寿命预测方法与产品可再制造性评估研究[d].上海:上海交通大学,2007.

[3]郝宝林.发动机曲柄连杆机构建模及仿真[d].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.