船用柴油机关键运动件的多学科优化设计+Solidworks仿真(3)

菜单

连杆是柴油机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括轴瓦过盈及螺栓预紧力）和交变工作载荷（包括气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。现代机械行业正向着环保节能方向发展，这就要求柴油机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小，重量轻的特点。

这就使我们需要通过有限元前处理软件ANSYS和多学科优化设计软件Isight来进行系统的、严谨的设计方案优化。

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 连杆有限元分析及优化设计的发展与现状

1.3.2 多学科设计优化的发展与现状

1.4 本文的研究内容

本文首先利用Solidworks软件对MAN9L32/40柴油机连杆进行模型的建立，并在有限元理论的基础上,源!自%751>文)论(文]网[www.751com.cn，对连杆进行强度和模态分析，得出连杆的的最大应力分布和各阶模态频率，然后以最大应力和连杆的第七、第八阶模态频率为约束条件，运用多学科设计优化软件Isight对连杆进行在强度、模态两个学科下的结构优化。同时还对Isight软件及其对Solidworks、ANSYS设计分析软件的集成技术进行了研究。

本文所做的主要工作如下：

（1）利用Solidworks软件建立连杆的三维实体模型，利用建立的连杆实体模型计算连杆在最大压缩工况下受到的载荷。

（2）利用ANSYS有限元分析软件分析连杆在最大工况下受到的应力分布情况，并对连杆进行固有频率的模态分析。

（3）以前面所得的最大应力和连杆的第七、第八阶模态频率为约束条件，选择合适的连杆杆身优化参数，并结合多学科设计优化理论在Isight软件平台上同时集成Solidworks、ANSYS对连杆集成优化。其中由Solidworks监控连杆模型及模型质量的变化，ANSYS对连杆进行应力分析和模态监控。

第二章优化对象的确定与相关理论

2.1 引言

本文首先利用Solidworks软件建立连杆的实体几何模型，然后应用有限元前处理软件ANSYS对模型进行网格划分、加载和约束的处理、计算分析。最后根据输出的脚本文件利用Isight软件进行集成优化，得到最终的优化结果。

2.2 优化对象的确定

船舶系统是一个相当庞大的系统，柴油机作为船舶系统的动力提供者,源!自%751>文)论(文]网[www.751com.cn，其发展与船舶发展有着重大的关系。随着船用柴油机整体结构机器零部件结构的不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，船用柴油机各项技术指标不断更新，其经济性、可靠性和维修性都发展到一个新的高度。因此，将多学科设计优化考虑到设计过程中是很有必要的。

连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括轴瓦过盈及螺栓预紧力）和交变工作载荷（包括气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。现代机械行业正向着环保节能方向发展，这就要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小、重量轻的特点。

本文选择的优化对象是MAN公司制造的的MAN9L32/40大型船用柴油机连杆，MAN公司成立于1758年，是欧洲领先的工程集团，总部位于德国慕尼黑，在世界120个国家有约62,000名员工在商用车辆、工业服务、印刷系统、柴油机发动机和涡轮机五大核心领域工作。其MAN9L32/40大功率柴油机发动机功率达到4000KW，有7米长，4.5米高，重52吨，是材料、机械、热能物理、力学、电子、控制等高科技技术的集合体。