mscfatigue柴油发动机曲轴疲劳分析示例

MSC柴油发动机曲轴疲劳分析示例MSC北京办事处 内容1. MSC疲劳分析简介2. 应力 /应变分析3. 载荷历程计算4. 疲劳分析5. 结论1. 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：a. 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；b. 利用 MSC.Adams ，得到作用在模型上的载荷历程；c. 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2. 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3. 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1. 发动机夹角：发火夹角 120度2. 点火顺序： 1-5-3-6-2-43. 活塞行程： 135mm4. 缸间距： 135mm5. 缸径： 113mm6. 有效连杆长度： 217mm7. 轴承数目： 78. 曲柄轴承直径： 75mm9. 曲柄轴承长度： 42mm10. 主轴承直径： 100mm11. 主轴承长度： 37mm12. 止推轴承位置：第七主轴承档13. 活塞销直径： 45mm14. 活塞销长度： 92mm15. 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。16. 曲轴材料： 42CrMoA17. 弹性模量： 2.06E5MPa，18. 泊松比： 0.3，19. 强度极限： 1080MPa，20. 屈服极限： 930MPaMSC.ADAMS/Engine模型计算模型计算模型组成n 44 Moving Parts (not including ground)n 12 Point_masssn 1 Cylindrical Jointsn 5 Revolute Jointsn 12 Spherical Jointsn 19 Fixed Jointsn 5 Hooke Jointsn 1 Atpoint Primitive_Jointsn 25 Inline Primitive_Jointsn 8 Inplane Primitive_Jointsn 1 Orientation Primitive_Jointsn 12 Parallel_axes Primitive_Jointsn 8 Perpendicular Primitive_Jointsn 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 ）