柴油机曲轴应力敏感度分析.pdf

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1、墨海波董小瑞毛虎平：柴油机曲轴应力敏感度分析柴油机曲轴应力敏感度分析TheStressSensitivityAnalysisoftheDieselEngineCrankshaft墨海波1董小瑞1毛虎平1(中北大学)[摘要]曲轴是柴油机的重要组成部分，为了确定曲轴的主轴颈半径、连杆轴颈半径、过渡圆角半径和曲柄臂厚度这几个尺寸参数中，哪一个对曲轴危险部位的应力影响最大，用AN—SYS软件对简化的曲轴单拐进行参数化建模，再用ANSYS软件的PDS模块对其进行了基于Spearman秩相关系数的敏感度研究。分析结

2、果表明：过渡圆角半径对曲轴危险部位的应力敏感度最大。(关键词]曲轴敏感度柴油机Abstract：CrankshaftiSanimportantpartofdieselengine．Inordertodeterminetheradiusofthecrankshaftmainjournal，connectingrodshaftneckradius，thetransitionradiusandthethicknessofthecrankarmsizeparameters，whichhasthegreatest

3、influenceofcrankshaftstressofthedangerousparts．BymeansofUsingANSYSsoftware，asimplifysingle—throwcrankshaftparameterizedmodelissetup．ThenPDSmoduleofANSYSsoftwareiSusedtostudythestresssensitivity，whichiSbasedOntheSpearmanrankcorrelationcoefficient．Theanaly

4、sisresultsshowthatthetransitionradiusofcrankshafthasthegreatestinfluenceofcrankshaftstressofthedangerousparts．Keywords：CrankshaftSensitivityDieselengine0引言敏感度分析是指研究相关因素发生了某种改变对标影响程度的一种预测分析技术。改变某一个指标进行分析为单一因素敏感性分析方法，同时改变一组指标进行分析为耦合分析方法。不管是单一因素敏感性分析方法还是耦合分

5、析方法，其实质都是通过逐一改变相关变量数值的方法来解释关键指标受这些因素变动而产生影响大小的规律。连杆轴颈过渡圆角处和主轴径过渡圆角处是曲轴的高应力危险部位，为了确定圆角半径、连杆轴颈直径、曲柄臂厚度、主轴径直径这几个参数中，哪一个对危险部位的应力影响最大，使用有限元软件ANSYS中的系统(PDS)进行敏感度分析，建立结构参数化模型进行有限元分析，用Spearman秩相关系数来表征输出变量随输入参数变化的敏感度。1曲轴单拐模型的建立通过ANSYS软件对简化的曲轴单拐进行参数化建模，根据设计经验，曲柄臂的

6、形状对危险部位应力的影响较小，因此在建立曲轴参数化模型时，将曲柄臂简化为方形平板结构，有限元模型如图1．1所示。曲轴单拐的基本尺寸如下：连杆轴颈半径R1=28ram，连杆轴颈长34ram，主轴颈半径R2=34mm，主轴颈长度34mm，曲柄臂厚度D=15mm，过渡圆角半径R3=2mm，过渡圆角半径R4=2mm。2Spearman秩相关系数Spearman是用来衡量两个变量之间相关性大小的指标，描述两个变量之间的关系是否密切。设有数据对：书，R，护咒w一析w{{分w一品}；产一笼w蒂●S，山u}、j燃机与配

7、件2015年第10期图1．1简化的Ittt轴单拐有限元模型Spearman秩相关系数的计算过程如下：记在X。，x：，⋯，x。中的秩为Ri，在Y。，Y：，⋯，Y。中的秩为Qi，i=1，2，⋯，n。把用X。和Y。构造的一个新数据对：m融⋯，时用Ri和Q，来代替，则原数据与Spearman秩相关系数的关系为：∑(R，一R)(Q，一Q)r。=—=二i=二l二二二二二_二=二二=二一i≤r。≤l(2．1)√．善(R，一R)2√i善(Qi—Q)2其中，R=∑R；／n=(n+1)／2，Q=∑Qi／n=(n+1)／2。

8、Spearman秩是用来衡量变量之间联系程度的大小，它的为[一1，1]。如果某一个变量是关于另外一个变量的严间的Spearman秩就是完全相关(等于+1完全正相关，等于一1完全负相关)。如果两个变量之间没有任何联系，则它的相关系数为0。若两个变量有很大的相关性，那么它们之间相关系数绝对值就越大。3敏感度耦合分析过程敏感度分析的过程主要有：先通过参数化建立构件三维实体有限元模型，施加荷载；求解；进入概率计算模块PDS，对分析文件进行统计分析；