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1、毕 业 论 文 开 题 报 告 490Q柴油机曲轴有限元分析 系 别： 汽车工程系 班 级： 汽修 0402班 学生姓名： 宋 炜 指导教师： 阎文兵 2008 年 01月 14日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及系主任审查后生效；2开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴；3毕业论文开题报告应包括以下内容：（1）研究的目的；（2）主要研究内容；（3）课题的准备情况及进度计划；（4）参考文献
2、。4开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。 5开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。6“课题性质”一栏： 理工类：A.理论研究 B.应用研究 C工程设计 D.软件开发 E.其它 经管文教类：A.理论研究 B.应用研究 C.实证研究 D.艺术创作 E.其它 “课题来源”一栏：A.科研立项 B.社会生产实践 C.教师自拟 D.学生自选“成果形式”一栏：A.论文 B.设计说明书 C.实物 D.软件 E.作品毕业论文开题
3、报告课题题目490Q柴油机曲轴有限元分析课题性质A B C D E课题来源A B C D 成果形式A B C D E同组同学开题报告内容（可另附页）指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等）指导教师签名： 月 日 专家组及系里意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等）专家组成员签字： 教学主任（签章）： 月 日一 研究的背景、目的、意义：曲轴是发动机中最重要的运动部件之一。它的尺寸参数还影响着发动机整体尺寸、重量和制造成本，并且在很大程度上影响着发动机的可靠性和寿命。曲轴在工作中承受着汽缸内周期性变化的气体压力、往复运
4、动质量及旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，并对外输出扭矩，因此承受交变的拉伸、压缩、弯曲和扭转的复合应力，同时还有弯曲振动，从而会引起曲轴疲劳失效，而一旦失效，就可能引起其他零件随之破坏。所以对于整体式多缸发动机曲轴，如何比较准确地得到应力、变形的大小及分布，对用于指导曲轴的优化、改进和设计具有重要意义。随着科技的进步和使用要求的不断提高，以经验和试制、实验为典型特征的传统设计方法已远不能满足现代产品对性能的需求，取而代之的是以计算机为基本工具，以数值仿真分析为主要手段的现代设计理论和方法的广泛应用。汽车发动机设计是典型的机械系统设计，针对汽车发动机的现代设计技术研究具有代表性意义。曲轴是
5、汽车发动机至为关键的部件之一，其性能优劣直接影响着汽车发动机的可靠性和寿命，所以利用计算机仿真对曲轴设计及生产有着积极的指导作用。有限元技术的出现，为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具。经过迄今约半个世纪的发展，它已日趋成熟实用。发动机零部件的设计是有限元技术最早的应用领域之一。有限元技术在发动机零部件设计中的广泛应用，提高了设计的可靠性，优化了结构，缩短了设计周期，降低了设计成本，大大推动了发动机工业的发展。 二 研究的设计思路及主要内容： 本科题的研究任务是：（1）了解模态的概念及模态分析的基本理论；掌握有限元解题思路与步骤；（2）了解曲轴的结构及工作特点；（3）熟练掌握ANSYS有限
6、元分析软件。并应用其对490Q柴油机曲轴进行有限元模态分析分析。2.1模态的概念模态是机械结构的固有振动特性。用于反映模态特征的参数，如固有频率、阻尼比和模态振型。每一阶模态都拥有与其相对的模态参数，各阶模态的叠加就是结构固有振动特性的全貌。模态分析是研究结构动力特性的一种近代分析方法。基于线形叠加原理，一个结构的复杂振动是由无数阶模态叠加的结果，其中有对结构振动起主要作用的模态，也有对结构振动影响很小的模态。显然必须应用某种方法找出那些主要的模态，以便了解结构振动特性的实质，这种方法就是模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范
7、围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。2.2模态分析方法模态分析方法分为理论（解析）模态分析和试验模态分析其中)理论（解析）模态分析或称模态分析的理论过程，是指以线形振动理论、有限元理论及方法（也可包括传递矩阵理论及方法）为基础，以计算机及工程分析软件（CAE）为手段，以建立研究对象物理参数及求解其动态特性为目标的研究激励、系统，响应三者之间关系的模态分析如图所示。理论模态分析实际上是一种理论建模及分析过程，其实施过程：1)运用有限元理论及方法或其他方法（如集中参数法或传递矩阵法等）对振动
8、结构进行离散、分析、再综合成整体，以建立其有限元理论模型，即建立有限元运动微分方程。2)一般在比例阻尼和无阻尼的假设条件下，建立有限元理论模型的特征问题的数学模型，用各种近似方法（如子空间迭待法等）求解其特征值和特征向量，进而运用线形振动理论建立其模态参数模型。3)根据模态参数模型，求其频率响应函数（或传递函数）、脉冲响应函数，就可导出其非参数模型。4)理论模型的工程应用。物理参数模型非参数模型模态参数模型工程应用a) 理论模态分析2.3有限元法有限元法（FiniteElement Method）始于本世纪四十年代初期，有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象
9、，单元之间通过有限个节点相互连接，由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。有限元理论的发展为精确而全面地计算曲轴应力提供了条件。总体来看，已有的曲轴有限元分析的研究对象都是针对某种具体型号曲轴，而且从模型和边界条件的处理上存在较大的差别：在模型方面，二维平面模型和三维计算模型的1/4或1/2拐模型和单拐模型乃至整体曲轴模型都有采用；载荷处理上一般只考虑了单一受载情况，而忽略了扭矩和惯性力的作用；连杆轴颈表面作用力和主轴颈约束采用不同的简化处理方法。同时，有限元软件也层出不穷，目前常用的有：SAP、ANSYS、ADINA、NASTRAN、IDEAS等。在美国、西欧、日本等
10、发达国家和地区有限元分析早已作为一种基本的设计手段，尤其是在内燃机产品开发中的使用，大大的推动了发动机工业的发展。近几年来，随着计算机软硬件水平的提高，发动机零部件有限元技术又取得了许多新发展，由此也带出了新的研究课题。2.4课题研究拟采用的手段应用ANSYS软件对490Q柴油机曲轴进行分析曲轴的工况分析ANSYS建模Pro/e或其他三维CAD软件建模有限元网格划分确定边界条件，施加载荷三维有限元计算，求解前十二阶固有频率分析结果三 课题的准备情况及进度计划：1周2周：查阅搜集资料，学习有关知识；3周4周：自学模态分析的基本理论及方法；自学有限元法的基本理论，了解有限元分析的基本步骤；5周6周
11、：自学有限元分析软件ANSYS；7周10周：应用有限元分析软件ANSYS建立曲轴的三维模型并进行曲轴自由模态计算，要求求解曲轴前六阶固有频率，分析计算结果；11周12周：撰写毕业论文，准备答辩。四 参考文献：1 苏铁雄，张儒华,蔡坪,等.利用有限元法研究曲轴弯曲应力的变化规律.车用发动机,1995,(4):3540. 2 费少梅.柴油机曲轴结构参数的优化设计.内燃机工程,1998,(3):2629. 3 李桂琴,钱伯雄.内燃机曲轴应力三维有限元分析.拖拉机与农用运输车,1997(5):1924.4 苏铁熊,张保成.车用柴油机曲轴结构有限元分析.柴油机设计与制造,2002,(2):1517.5
12、丁彦闯,牛天兰,吴昌华,等.柴油机曲轴整体三维应力精细分析.内燃机工程,1999,(4):3236,42.6 巨建民,吴昌华.柴油机曲轴整体三维强度分析.车用发动机,1996,(5):3232.7蒲军平, 吴昌华.柴油机曲轴整体结构的三维有限元分析.计算结构力学及应用,1994,(3):330335.8苏铁熊,王和平,张保成.车用发动机曲轴结构设计中的三维有限元分析.华北工学院学报,2002,(1):7174.9蒲明辉,黄世伟.G170柴油机曲轴有限元分析.广西大学学报,2000,25(2):101104.10丁培杰,吴昌华.柴油机曲轴计算方法发展的回顾、现状与展望.内燃机工程,2003,(3
13、):7479.11孙军,桂长林,李霞.内燃机曲轴强度研究的现状、讨论与回顾.内燃机学报,2002,(2):17918412孙军,汪景峰.内燃机零部件有限元分析的研究现状与展望.内燃机,2004,(1):141713廖日东,左正兴,樊利霞,等.发动机零部件有限元技术的新进展.内燃机学报,1999,(2):19119614伏泽民,李延平,常勇,等.ANSYS环境中柴油机曲轴静动特性的有限元分析.柴油机,2006,28(1):343815冯国胜,张幽彤,张玉申.柴油机曲轴静动特性的三维有限元分析.内燃机工程,2003,24(2):747716刘波.曲轴参数化建模和有限元分析武汉理工大学硕士学位论文.武汉:武汉理工大学,2006.17McNamara, P.M.; Trevelyan, J., Crankshaft stress analysis. The c ombination of finite element and boundary element techniques, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1991, p 197
