大曲軸鍛件鐓鍛裝置的結(jié)構(gòu)強度分析（本科畢業(yè)論文設(shè)計）
摘 要

曲軸是柴油機的關(guān)鍵零件，其制造質(zhì)量直接影響到柴油機性能和可靠性，尤其是大中型柴油機曲軸，隨著近年世界造船、石油、發(fā)電、內(nèi)燃機的快速發(fā)展，對其質(zhì)量的要求越來越高。目前，生產(chǎn)高質(zhì)量的大曲軸主要通過全纖維鍛造方法，其中應(yīng)用較為廣泛的為TR鐓鍛法。中國南車集團資陽機車廠2004年從波蘭引進第三代TR鐓鍛裝置，該裝置在成型曲軸法蘭過程中，從半開放式修改為全封閉式時，鍛壓時上下模座斷裂。本文通過對鐓鍛裝置成型法蘭工況進行強度的有限元計算分析，得到模座中應(yīng)力與位移分布，依據(jù)分析結(jié)果對模座結(jié)構(gòu)進行修改優(yōu)化，以降低應(yīng)力集中，提高裝置承載能力。
本文介紹了有限元分析的基本原理和典型過程，對TR鐓鍛裝置的結(jié)構(gòu)特點、工作原理及成形力進行比較詳細的分析，利用UG 建立鐓鍛裝置實體模型，簡化處理后導(dǎo)入大型通用有限元分析軟件ABAQUS/CAE中，建立裝置的有限元模型，針對成形法蘭工況約束加載后進行計算分析。通過計算分析，揭示上下模座及其他各部件的應(yīng)力、位移分布規(guī)律，得到模座受力及變形危險區(qū)域。根據(jù)分析結(jié)果，有針對性的對應(yīng)力危險區(qū)域結(jié)構(gòu)進行改進和優(yōu)化，經(jīng)過再分析與計算進行驗證，有效的降低應(yīng)力水平，提高裝置的承載能力。


關(guān)鍵詞：TR鐓鍛裝置，強度，有限元分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化


ABSTRACT

Crankshaft is the key part of diesel engine, it’s manufacturing quality direct affects the diesel engine performance and reliability. Especially for the large and medium-sized diesel engine crankshaft, the quality of their increasingly demanding with the rapid development of the shipbuilding, petroleum, power generation and the internal combustion engine in recent years. CSR Ziyang Locomotive Works introduced third-generation TR upsetting devices from Poland in 2004.In the process of forming flange crankshaft，the upper die base and the lower die base fracture when modified the devices from semi-open to closed-end. This work obtains the distribution of stress and displacements in the die base though the strength finite element analysis of devices on the status of forming a flange. Based on the results of analysis, modify the structure optimization to reduce stress concentration, raising device carrying capacity.
This paper introduces the basic principles and typical process of finite element analysis, the structure characteristics of the TR upsetting devices, and introduces the principle and the forming force of the devices in detail. Then establish the entity model by UG , introduce it into the general limited Element analysis software ABAQUS / CAE , create a finite element model of the device, then applied load and do the analysis based on the condition for forming flange. According to the distribution of stress and displacement in the upper die base and the lower die base, optimize the structure in the stress concentration region.Then reanalysis to verify, effectively reducing stress levels and increase the carrying capacity of devices.


Key words： TR upsetting devices, Strength, Finite element analysis, Structural optimization

目 錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
1.1大中型全纖維曲軸鍛造工藝簡介 1
1.2有限單元法及其在機械工程中的應(yīng)用 3
1.2.1有限元分析法簡介 3
1.2.2有限元法在機械工程中的應(yīng)用 4
1.3基于有限元的優(yōu)化技術(shù) 4
1.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù) 4
1.3.2有限元優(yōu)化技術(shù) 5
1.3.3有限元方法中優(yōu)化技術(shù)的特點 5
1.4課題主要研究內(nèi)容 6
2 有限元分析理論基礎(chǔ) 8
2.1有限元法的基本思想 8
2.2有限元法的分析過程 8
2.3有限元法的程序?qū)崿F(xiàn)及ABAQUS簡介 10
2.3.1有限元法的程序?qū)崿F(xiàn) 10
2.3.2 ABAQUS軟件簡介 11
3 TR鐓鍛裝置工作原理及受力分析 14
3.1 TR鐓鍛裝置結(jié)構(gòu)特點 14
3.2 TR裝置運動分析 14
3.3 TR裝置鐓粗成形力分析 15
4 鐓鍛裝置有限元模型建立及分析 17
4.1實體模型的建立和簡化 17
4.2鐓鍛裝置有限元模型的建立 19
4.2.1將簡化模型導(dǎo)入ABAQUS/CAE 19
4.2.2定義材料屬性和裝配體 19
4.2.3設(shè)置分析步 20
4.2.4定義接觸 20
4.2.5定義邊界條件和載荷 21
4.2.6劃分網(wǎng)格 22
4.2.7提交分析作業(yè) 23
5 有限元計算結(jié)果及其分析 24
5.1 下模座分析結(jié)果 24
5.2 上模座分析結(jié)果 25
6 鐓鍛裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化 27
6.1 優(yōu)化方案 27
6.2 優(yōu)化后分析結(jié)果 27
7 結(jié)論與展望 30
參考文獻 32
致謝