基于有限元与多体动力学的曲轴系分析的开题报告.docx

基于有限元与多体动力学的曲轴系分析的开题报告
一、研究背景及意义
内燃机曲轴系是由曲轴、飞轮、连杆、主轴承等部件组成的关键动力系统，其运转稳定性和工作效率直接影响着内燃机的性能和寿命。曲轴系的分析对于提高内燃机的整体性能、节能降耗、减少振动噪声以及提高可靠性具有重要的意义。
目前，有限元方法和多体动力学方法是曲轴系分析的重要手段。有限元法可以精确求解结构固有频率、模态形态和应力分布等，但由于其将整个结构划分成有限个小单元并以节点为处理对象，因此在模拟大变形和接触问题时存在着一定的局限性。多体动力学法可以建立多体系统的运动方程并进行整体动力响应分析，特别适用于分析内燃机曲轴系的转子动力学特性。两者结合使用可以更为全面地掌握曲轴系的动力学行为，促进内燃机曲轴系设计的优化。
二、研究内容及方法
本研究的主要内容是基于有限元与多体动力学的曲轴系分析，具体包括以下方面：
1.建立曲轴系统的有限元模型，利用有限元软件对其动力学特性进行分析，包括静态刚度、动态特性和固有频率等；
2.建立内燃机曲轴系的多体动力学模型，包括转子、连杆、活塞、铸铁块、主轴承和支承等部件，并进行动力学响应分析；
3.通过有限元与多体动力学两种方法的结合，掌握曲轴系统的动力学行为，分析它的振动、应力、变形等特性，为曲轴系的设计和优化提供理论依据。
本研究采用数值计算方法，在有限元软件ABAQUS与多体动力学软件ADAMS中进行建模与模拟，并计算分析其动力学特性。研究过程中将针对有限元模型和多体动力学模型之间的转换问题进行探讨和解决。
三、研究预期结果与意义
通过对曲轴系统的有限元和多体动力学分析，可以了解其动力学特性，如自然频率、振动模式、应力和变形等，为内燃机曲轴系的设计和优化提供理论依据。同时，研究结果还可以为曲轴系统的故障诊断和预测提供参考，实现对内燃机运行状态的实时监测。此外，还可以为其他机械系统的动力学分析提供经验和方法。
四、研究进度计划
1.2022年10月-2022年12月：文献调研，开始建立曲轴系统的有限元模型；
2.2023年1月-2023年3月：有限元模型的建立及模拟计算，分析曲轴系统的静态刚度和动态特性；
3.2023年4月-2023年6月：开始建立多体动力学模型并进行模拟计算，分析曲轴系统的动力学响应；
4.2023年7月-2023年9月：有限元模型和多体动力学模型的转换、验证与比较；
5.2023年10月-2023年12月：对研究结果进行分析、总结，并撰写论文；
6.2024年1月-2024年3月：论文修改和定稿。
五、预期研究成果
完成本研究后，预期获得以下科研成果：
1.曲轴系统的有限元模型和多体动力学模型；
2.曲轴系统动力学特性的分析结果，包括自然频率、振动模式、应力和变形等；
3.曲轴系统有限元分析与多体动力学分析的比较和论证；
4.1篇研究论文，发表在相关学术刊物或国际会议上。
六、参考文献
[1]刘栋，惠洪华.基于多体动力学的曲轴系统动力学分析[J].润滑与密封，2015，40(4)：75-78.
[2]许金龙，杨建勇.曲轴系统动力学分析与优化[J].浙江工业大学学报，2011，39(3)：362-368.
[3]焦功华.基于有限元的曲轴转子动力学分析[D].东北大学，2004.
[4]曾宏伟.大功率内燃机曲轴系动力学模拟[D].西安交通大学，2009.