CD4108发动机动力计算与连杆三维实体造型及有限元分析开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

发动机是汽车的心脏。设计一款发动机,首先要进行基本结构参数的算,本题已给出发动机的缸数和缸径,不必再进行计算。接着进行热力学计算和相关的动力计算。处理完这些计算后,再开始进行活塞、活塞销、连杆、曲轴的设计。本次毕设主要是对连杆进行设计分析,所以不考虑活塞和曲轴的设计。连杆作为发动机结构中一个重要构件,其作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动,并在活塞和曲轴之间传递作用力。连杆在工作中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用。一个重量轻而且具有足够强度的连杆对现代发动机设计起到举足轻重的作用。

针对连杆的三维建模和有限元分析,国内学者采用的方法以及研究目标大体如下:张启城利用三维软件ansys建立曲柄连杆的三维模型并导入admas中建立虚拟样机模型,进行动力学分析,得到曲柄连杆和活塞的运动特性曲线[1];冯义,文学洙利用三维软件catia建立连杆的三维模型,在ansys中进行了静力学及模态分析,研究结果表明:在最大拉伸和压缩两种极限工况下的应力和应变均在允许范围内,连杆工作中并不发生共振[2];谢一荣、徐滕岗、朱建军以标致206发动机连杆建立三维模型和有限元分析模型,根据连杆在发动机中进气、压缩、膨胀和排气4个冲程下受力情况对其进行静强度分析,测试在不同工况下的应力、应变大小及危险部位,找出连杆的薄弱位置并给出优化方案[3];赵知辛、牛建华等主要研究某型号发动机连杆的受力状况, 并计算出其在工作工程中所受的惯性力及最大拉压应力,并建立连杆的模型导入ansys中对连杆进行静应力有限元分析,分析得出连杆小头部分的变形最大、损伤最大、寿命最低[4];胡小青使用ansysworkbench软件static structure模块,利用有限元分析法对发动机连杆模型进行模拟分析,得出了发动机连杆模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布,结果显示:发动机连杆模型最大变形位于发动机小头顶部,最大等效应力位于发动机连杆与大头交接顶角处[5];范东祥、范纪华等使用ug软件建立了连杆的三维模型并导入到有限元软件ansys workbench中生成连杆的有限元模型,通过三种不同特性的材料分别对连杆进行模态分析,得出三种连杆的固有频率和振型,计算结果表明:设计高性能、高质量的连杆需要考虑连杆的固有特性[6];陈立威、范纪华等利用ug建立连杆的三维模型导入到ansys workbench中进行静应力的有限元分析,得出拉应力与压应力中压应力对连杆的影响是最大的,也就是说在压缩工况下连杆有最大的应力集中和变形,它们均发生在连杆的小头部位[7];韦祚军运用catiav5r21工程软件中的零件模块对活塞组、连杆、曲轴等进行了三维建模,并且运用当中的装配和数字化装配模块进行装配和运动模拟,最后得到曲柄连杆机构各部件的受力大小和连杆轴端的受力分布[8];刘威威使用ansys14.5有限元分析软件对连杆进行疲劳寿命仿真分析,分别对连杆施加对称交变应力载荷和随机载荷,得到了不同条件下连杆的疲劳寿命特性,找到了影响发动机连杆寿命的薄弱部位[9];颜腾峰、程仙国利用ansysworkbench对捷达汽车发动机连杆在工作过程中受的拉力和压力进行有限元分析计算,得到该发动机连杆在受拉和受压时最大主应力、最大切应力以及最危险位置[10]

针对连杆的三维建模和有限元分析,国外学者采用的方法以及研究目标大体如下:sanjay b chikalthankar利用hypermesh和abaqus进行建模和分析,研究了连杆大端结构中几何参数对刚度的影响,结果表明:边法兰是影响最大的参数[11];v.a. shedge等利用hypermesh对现有的连杆进行静分析和疲劳分析,通过减轻重量的同时,使其满足使用寿命来得到优化[12];rakic slavko等对某种特种车辆12缸柴油机连杆进行了失效分析,对连杆在最大载荷作用下的应力状态进行了线性有限元分析,有限元分析结果表明:断裂位置与最大应力区一致[13];m.a.rezvani针对645e3b发动机连杆故障报告灾难性变形,采用经典方法计算了发动机的最大载荷,并在adams发动机软件中进行了仿真验证,结果表明:连杆失效是由于存在液锁现象时的屈曲引起的[14];a. strozzi等使用传统计算、更先进的分析模型和有限元分析,通过单独处理,验证了连杆失效的原因[15]


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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究(设计)的基本内容

此次设计围绕cd4108发动机,在了解发动机结构及原理的基础上,基于给定的额定条件,进行热力学计算和动力学计算,并依据计算结果,设计cd4108发动机连杆。对所设计的连杆结构使用三维绘图软件creo建立其三维模型,并完成相应的手绘、机绘图纸工作。最后,利用ansysworkbench软件,对所设计的连杆进行有限元分析,完成强度校核。独立完成2张0号图纸工作量(图纸要求包含装配图和零件图),其中手绘图纸折合不得少于一张1号图纸,手绘图纸不得与机绘图纸重复。完成一篇英文文献的翻译,撰写设计说明书,字数不少于10000字,并符合“武汉理工大学本科生毕业设计(论文)撰写规范”。

2.2 研究(设计)的目标

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3. 研究计划与安排

此次毕业设计的进度安排的总体内容,如下表所示:

毕业实习周

(2019.1.6~1.18)

赴校外实习、搜集设计资料,并提交实习日记、实习报告。

毕业设计预备周

(2019.1.3-2019.1.18)

确定指导教师人选,对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。

1~ 2 (2.18~3.1)

学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。

3~ 4 (3.4 ~ 3.15)

进行外文翻译,并提交外文翻译译文。完成热力学计算,动力学计算。完成连杆设计以及有限元分析。

5~ 6(3.18~ 3.29)

下达绘图任务,开始绘图。

7~ 8(4.1~ 4.12)

继续完成绘图,撰写毕业设计说明书(设计类)。

9 ~ 11(4.15~ 4.26)

完成绘图,完善毕业设计说明书、毕业论文;

12(4.29~ 5.10)

网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料;提交答辩申请。

13~14(5.13~ 5.24)

教师审阅毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)和(图纸),审查确定学生答辩资格并予以公示。

15(5.27~5.31)

根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文,并网上提交;准备答辩PPT。

16(6.3~ 6.7)

毕业设计答辩。


4. 参考文献(12篇以上)


[1] 张启城. 基于内燃机曲柄连杆的设计及动力学分析. 内燃机与配件,2018,第19期:27-28.

[2] 冯义,文学洙. 发动机曲柄连杆机构的动力学分析. 延边大学学报 (自然科学版), 2018,44(01):90-94.

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