MSCfatigue柴油发动机曲轴疲劳分析示例

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,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_masss,1 Cylindrical Joints,5 Revolute Joints,12 Spherical Joints,19 Fixed Joints,5 Hooke Joints,1 Atpoint Primitive_Joints,25 Inline Primitive_Joints,8 Inplane Primitive_Joints,1 Orientation Primitive_Joints,12 Parallel_axes Primitive_Joints,8 Perpendicular Primitive_Joints,5 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；,