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作者：

刘先一

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摘要：

柴油机曲柄连杆机构是柴油机中最重要的部件之一,它承受复杂、交变的冲击载荷,是柴油机设计的重点和难点。传统设计、分析方法的简化难以满足实际的需要,而多体动力学和有限元方法的发展使得较准确的分析曲柄连杆机构动力学仿真问题成为了可能。 本文以4105型柴油机曲柄连杆机构为研究对象,通过多体动力学仿真技术对柴油机曲柄连杆机构动力学性能进行了研究。应用三维建模软件CATIA、多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,构造了柴油机曲柄连杆机构的多刚体动力学模型和将连杆柔性化后的多柔体动力学模型。利用ANSYS与LMS TestLab系统对连杆进行了计算模态及试验模态分析,求得其本身固有频率和振型,并将计算结果与试验结果相对比,以验证模型建立的正确性。基于这个虚拟样机模型,用ADAMS进行了运动学、动力学仿真分析,计算出连杆在任意时刻,任意位置的运动规律(位移、速度、加速度等)和连杆大端和小端的受力情况,得到了柴油机在工作过程中作用在连杆上的动态载荷,运用ANSYS对连杆进行较为精确的可靠性分析,找到连杆在工作过程中危险部位,为连杆结构改进提供依据。 本文主要研究了在不考虑摩擦阻力和负载阻力的影响情况下,用多体动力学仿真软件ADAMS研究曲柄连杆机构的运动学和动力学规律,利用有限元分析软件ANSYS对连杆进行较为准确的可靠性分析。研究结果表明,利用虚拟样机技术、结合有限元分析手段可以完成柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真分析工作,获得了很好的仿真效果。同时对于柴油机连杆的改进设计,提高柴油机设计水平及提高柴油机整机性能有着重要意义,是既经济又有效的科学手段。

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关键词：

船舶柴油机 曲柄连杆机构 多体动力学 动力学性能 仿真分析 动态载荷