基于弯扭复合的曲轴应力及响应面优化分析

为了研究曲轴承受弯扭复合载荷时,其圆角应力的变化情况,建立了柴油机曲轴弯扭复合模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。模拟了标定工况下,曲轴过渡圆角处最大弯曲、扭转以及弯扭复合应力随曲轴转角的变化规律。选择最大弯扭复合载荷,以曲轴质量为约束条件,运用Workbench Design Exploration优化模块对曲轴最大应力和最大变形进行响应面优化分析。结果表明:在0~180°CA内,随着曲轴转角增加,弯扭复合圆角应力先增大后减小,最大值出现在上止点后15°CA,此时的圆角应力比最大爆发压力时的圆角应力大4.9%,比上止点时的圆角应力大26%。过渡圆角半径对曲轴应力和变形敏感度最大,敏感度分别为-0.426和-0.563。通过响应面优化分析,在满足约束条件的情况下,优化后的曲轴最大应力减少了14.45%,最大变形减小了18.17%。

基于ANSYS的曲轴应力及变形敏感度分析

建立了494柴油机曲轴有限元模型,采用试验的方法验证了模型的准确性.选择轴颈直径、过渡圆角半径、油孔直径等参数,模拟了最大爆发压力为15MPa时,曲轴过渡圆角应力和曲柄臂变形的变化规律,分析了曲轴结构参数与应力、变形敏感度系数的关系.结果表明,过渡圆角应力随轴颈直径、过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随油孔直径的增加而增加;曲柄臂变形随轴颈直径、曲柄销过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随主轴颈过渡圆角半径、油孔直径的增加而增加.曲柄销直径对过渡圆角应力最敏感,应力敏感度系数为-0.46;主轴颈直径对曲柄臂变形敏感度系数为-0.497,对变形最敏感.