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子模型法在发动机结构强度分析中的应用

发布于:2016-07-13 19:39
强度分析

      发动机结构强度分析是有限元技术较早涉足的领域,由于有限元技术和软硬件条件的迅速发展,对发动机结构强度的分析逐渐由对某一单独零件或零件的某一局部进行分析发展到对整体组合结构的分析,从仅考虑机械负荷发展到机械负荷与热负荷藕合的分析,从简单的静态分析发展到动态分析等,分析精度有所提高。但对于军用大功率高速发动机,由于其结构一般都较为复杂,在目前的软硬件条件下,直接进行发动机整体组合结构的精确有限元分析尚存在一定难度。本研究采用的子模型法可以实现发动机复杂组合结构的精确有限元分析,为发动机的设计提供准确的结构强度分布数据。
      在有限元法发展的初期,由于计算机软硬件条件制约,有限元分析的规模受到很大的限制,而有限元网格的尺寸大小直接影响着分析的精度,所以对于一些复杂的结构,进行总体分析很难得到满意的分析精度甚至无法求解。子结构法和子模型法可以解决分析规模和分析精度之间的矛盾,但子结构法分析较复杂,使用起来非常不便,特别是对于结构较为复杂,建立子结构模型的工作量更是相当惊人。而子模型法不存在这类问题,作为一种分析方法,它不依赖于某个具体分析App的限制,具有较高的灵活性。
      采用子模型法对复杂结构进行结构强度分析时可分为两个步骤:(1)对复杂结构进行总体分析,分析时结构作适当简化,(2)根据总体分析结果,对所关心的局部结构进行精确细化分析,得到这些局部结构较为精确的强度分布结果。
      由于交接面的等效位移边界约束和接触压力边界条件综合考虑了其它结构的刚度和载荷对细化分析结构的影响,所以只需对细化结构本身进行分析,可根据需要采用较细的网格或精度较高的二次单元,从而得到更加精确的解,并可实现分析结果的误差估计,为进一步改进设计提供可靠的分析结果。
      发动机结构主要受载零件有缸盖、活塞、连杆、曲轴、主轴承座和机体等,这些零件通过接触和螺栓组装在一起,它们之间的刚度是互相耦合的。发动机缸盖和机体等结构非常复杂,如果只单独进行强度分析,则很难准确考虑到这些结构之间刚度的影响和接触面上压力的分布,无法施加正确的边界条件,特别是对缸盖和机体、机体与主轴承盖之间的连接螺栓,如果不进行组合分析,则无法得到在爆发冲程后所受到的拉力数值。所以进行单个零件的强度分析时,边界条件简化的合理与否决定了分析结果的正确程度,这主要依赖于分析者的经验,带有一定的不确定性。而进行发动机总体组合结构的精确分析,有限元模型将十分庞大,这对于一般软硬件条件是无法实现的。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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