船舶Ⅴ型柴油机曲轴多体动力学分析.pdf

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1、第1期2015年2月内燃机InternalCombustionEnginesNo．1Feb．2015船舶V型柴油机曲轴多体动力学分析徐燕铭，滕宪斌，于志民(天津海运职业学院，天津300350)摘要：针对V型柴油机曲轴系统，将有限元法和多体动力学法结合一起，进行虚拟仿真计算分析。首先通过三维软件和有限元软件建立曲轴、轴承座及活塞等多体动力学模型，模拟发动机实际工况，通过多体动力学仿真分析得出曲轴加速度、速度和位移等数据。通过计算得出，采用有限元和多体仿真结合的手段，能够有效模拟柴油机曲轴动力学特性。关键词：曲轴；模态缩减；多体动力学；动态特性中

2、图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：1000—6494(2015)01—0009—05Multi-bodyDynamicsAnalysisofV一咖eDieselEngineCrankshaftXUYanming，TENXianbin，YUZhiminO'ianjinMaritimeCollege，Tianjin300350)Abstract：BasedontheV-typedieselenginecrankshaftsystem，thepapercombinesthefiniteelementmethod(fem)andmulti-

3、bodydynamicsmethodtogether，makesavirtualsimulationanalysis．First，by3dsoftwareandfiniteelementsoftwaretoestablishthemuhi—bodydynamicmodelsofthecrankshaft，bearingandpiston，thensimulatestheactualengineworkingcondition，andgetsthedatasuchascrankshaftacceleration，velocityanddispl

4、acementbythemulti-bodydynamicssimulationanalysis．Bycalculation，thepaperfindsthatbyusingthecombinationoffiniteelementandmulti-bodysimulationmethod，callweeffectivelysimulatethedieselenginecrankshaftdynamicscharacteristics．Keywords：crankshaft；modalreduction；muhi-bodydynamics；d

5、ynamiccharacteristics随着工业的高速发展，能源的不断紧张，柴油机的工作效率和寿命越来越得到重视，柴油机的机械强度也在不断增加。曲轴作为柴油机的核j心部件，其强度和刚度一直是研究设计者的难点和重点，目前主要的手段是通过有效的虚拟技术和仿真手段，对柴油机曲轴进行动态特性分析，从而得出曲轴的多项动力学参数。我们以某型号6缸V型柴油机为例，首先通过三维设计软件Pro／E建立曲轴、轴承座等柔性体模型，采用AltairHyper有限元软件进行网格划分控制，然后导人到Ansys中进行曲轴和轴承座的前处理设置，提取质量、刚度矩阵等参数，后

6、期借助项目基金：天津市教委高校科技发展基金计划项目(20110425)作者简介：徐燕铭(1987一)，，男，江苏人，讲师，研究生在读，主要从事船舶维修的研究。收稿日期：2014—10—14奥地利公司AvlExcite软件，进行曲轴多体动力学仿真。其技术路线见图1。1柔性体多体动力学运动方程柴油机曲轴作为柔性体处理，建立曲轴柔性体多体动力学模型。所谓柔性多体动力学，是指在指定惯性参考系后，系统中的物体在每一时刻的位形都在此惯性参考系中确定，也可以说成是对于每个物体都按某种方式选定一个动参考系，物体的位形是相对于自己的动参考系确定的。AvlExc

7、ite软件采用三个坐标系来建立系统模型，分别为全局坐标系、随动坐标系和子坐标系。Pro／ElAltairHyperlAnsyslAvlExcite建立曲轴三维模型划分网格进行前处理模型缩减提取文件图1技术路线图建立仿真模型并计算仿真结果分析内燃机2015年2月。图2柔性体变形模型在分析刚体平面运动的时候，把复杂的刚体平面运动分解为几种简单的运动。在对柔性体的运动中，尤其是在小变形的情况下，也可以采用类似的方法。对于柔性体上任意一点尸，其位置向量为：r=I"o“怫+％)，为尸点在惯性坐标系中的向量；ro为浮动坐标系原点在惯性坐标系中的向量；A为

8、方向余弦矩阵；J。为柔性体未变形时P点在浮动坐标系中的向量；up为相对变形向量，Up可以用不同的方法离散化j对于点P，该单元的变形采用模态坐标来描述，有：up=哆q