大曲轴锻件镦锻装置的结构强度分析（本科毕业论文设计）.doc
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大曲轴锻件镦锻装置的结构强度分析（本科毕业论文设计）,摘要曲轴是柴油机的关键零件，其制造质量直接影响到柴油机性能和可靠性，尤其是大中型柴油机曲轴，随着近年世界造船、石油、发电、内燃机的快速发展，对其质量的要求越来越高。目前，生产高质量的大曲轴主要通过全纤维锻造方法，其中应用较为广泛的为tr镦锻法。中国南车集团资阳机车厂2...
内容介绍
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大曲轴锻件镦锻装置的结构强度分析（本科毕业论文设计）
摘 要
曲轴是柴油机的关键零件，其制造质量直接影响到柴油机性能和可靠性，尤其是大中型柴油机曲轴，随着近年世界造船、石油、发电、内燃机的快速发展，对其质量的要求越来越高。目前，生产高质量的大曲轴主要通过全纤维锻造方法，其中应用较为广泛的为TR镦锻法。中国南车集团资阳机车厂2004年从波兰引进第三代TR镦锻装置，该装置在成型曲轴法兰过程中，从半开放式修改为全封闭式时，锻压时上下模座断裂。本文通过对镦锻装置成型法兰工况进行强度的有限元计算分析，得到模座中应力与位移分布，依据分析结果对模座结构进行修改优化，以降低应力集中，提高装置承载能力。
本文介绍了有限元分析的基本原理和典型过程，对TR镦锻装置的结构特点、工作原理及成形力进行比较详细的分析，利用UG 建立镦锻装置实体模型，简化处理后导入大型通用有限元分析软件ABAQUS/CAE中，建立装置的有限元模型，针对成形法兰工况约束加载后进行计算分析。通过计算分析，揭示上下模座及其他各部件的应力、位移分布规律，得到模座受力及变形危险区域。根据分析结果，有针对性的对应力危险区域结构进行改进和优化，经过再分析与计算进行验证，有效的降低应力水平，提高装置的承载能力。
关键词：TR镦锻装置，强度，有限元分析，结构优化
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 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1大中型全纤维曲轴锻造工艺简介 1
1.2有限单元法及其在机械工程中的应用 3
1.2.1有限元分析法简介 3
1.2.2有限元法在机械工程中的应用 4
1.3基于有限元的优化技术 4
1.3.1结构设计中的优化技术 4
1.3.2有限元优化技术 5
1.3.3有限元方法中优化技术的特点 5
1.4课题主要研究内容 6
2 有限元分析理论基础 8
2.1有限元法的基本思想 8
2.2有限元法的分析过程 8
2.3有限元法的程序实现及ABAQUS简介 10
2.3.1有限元法的程序实现 10
2.3.2 ABAQUS软件简介 11
3 TR镦锻装置工作原理及受力分析 14
3.1 TR镦锻装置结构特点 14
3.2 TR装置运动分析 14
3.3 TR装置镦粗成形力分析 15
4 镦锻装置有限元模型建立及分析 17
4.1实体模型的建立和简化 17
4.2镦锻装置有限元模型的建立 19
4.2.1将简化模型导入ABAQUS/CAE 19
4.2.2定义材料属性和装配体 19
4.2.3设置分析步 20
4.2.4定义接触 20
4.2.5定义边界条件和载荷 21
4.2.6划分网格 22
4.2.7提交分析作业 23
5 有限元计算结果及其分析 24
5.1 下模座分析结果 24
5.2 上模座分析结果 25
6 镦锻装置结构优化 27
6.1 优化方案 27
6.2 优化后分析结果 27
7 结论与展望 30
参考文献 32
致谢
摘 要
曲轴是柴油机的关键零件，其制造质量直接影响到柴油机性能和可靠性，尤其是大中型柴油机曲轴，随着近年世界造船、石油、发电、内燃机的快速发展，对其质量的要求越来越高。目前，生产高质量的大曲轴主要通过全纤维锻造方法，其中应用较为广泛的为TR镦锻法。中国南车集团资阳机车厂2004年从波兰引进第三代TR镦锻装置，该装置在成型曲轴法兰过程中，从半开放式修改为全封闭式时，锻压时上下模座断裂。本文通过对镦锻装置成型法兰工况进行强度的有限元计算分析，得到模座中应力与位移分布，依据分析结果对模座结构进行修改优化，以降低应力集中，提高装置承载能力。
本文介绍了有限元分析的基本原理和典型过程，对TR镦锻装置的结构特点、工作原理及成形力进行比较详细的分析，利用UG 建立镦锻装置实体模型，简化处理后导入大型通用有限元分析软件ABAQUS/CAE中，建立装置的有限元模型，针对成形法兰工况约束加载后进行计算分析。通过计算分析，揭示上下模座及其他各部件的应力、位移分布规律，得到模座受力及变形危险区域。根据分析结果，有针对性的对应力危险区域结构进行改进和优化，经过再分析与计算进行验证，有效的降低应力水平，提高装置的承载能力。
关键词：TR镦锻装置，强度，有限元分析，结构优化
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 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1大中型全纤维曲轴锻造工艺简介 1
1.2有限单元法及其在机械工程中的应用 3
1.2.1有限元分析法简介 3
1.2.2有限元法在机械工程中的应用 4
1.3基于有限元的优化技术 4
1.3.1结构设计中的优化技术 4
1.3.2有限元优化技术 5
1.3.3有限元方法中优化技术的特点 5
1.4课题主要研究内容 6
2 有限元分析理论基础 8
2.1有限元法的基本思想 8
2.2有限元法的分析过程 8
2.3有限元法的程序实现及ABAQUS简介 10
2.3.1有限元法的程序实现 10
2.3.2 ABAQUS软件简介 11
3 TR镦锻装置工作原理及受力分析 14
3.1 TR镦锻装置结构特点 14
3.2 TR装置运动分析 14
3.3 TR装置镦粗成形力分析 15
4 镦锻装置有限元模型建立及分析 17
4.1实体模型的建立和简化 17
4.2镦锻装置有限元模型的建立 19
4.2.1将简化模型导入ABAQUS/CAE 19
4.2.2定义材料属性和装配体 19
4.2.3设置分析步 20
4.2.4定义接触 20
4.2.5定义边界条件和载荷 21
4.2.6划分网格 22
4.2.7提交分析作业 23
5 有限元计算结果及其分析 24
5.1 下模座分析结果 24
5.2 上模座分析结果 25
6 镦锻装置结构优化 27
6.1 优化方案 27
6.2 优化后分析结果 27
7 结论与展望 30
参考文献 32
致谢
