6S60MEC型船用柴油机焊接缸体安全性评价及疲劳寿命预测

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lszll2008
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作为大型船舶核心的配套设备,我国船用低速柴油机的发展一直相对滞后,技术主要依赖国外专利厂商。我国船用低速机制造企业的发展水平同日韩国家等相比存在非常大的差距。近些年来,随着国内造船业的高速发展,基于种种原因限制,我国低速机制造业的研发水平却一直停滞不前。因此,提高船用柴油机等相关船舶配套业的研发水平,已经成为世界造船强国的一个重要基础之一,更是提高我国造船业国际竞争力的主要挑战之一。通过CAE仿真技术的应用,对船用柴油机的关键结构等进行研究转化,了解其性能属性,为我国船舶柴油机的自主研发奠定基础。  船用低速柴油机作为大型船舶的主动力装置,其中气缸体作为柴油机结构的主要固定件,在工作过程中承受的载荷相当复杂,其中包括螺栓预紧力、过盈力等装配产生的力,以及在柴油机运转过程中受到的周期循环的燃烧气体力。气体力是随着曲轴转角变化而周期循环变化的力。低速柴油机的缸体设计构造包括各类水道、油道、加强筋、纵隔板以及凸凹台等;对气缸体结构进行强度、疲劳等研究可以积累基础数据,为船用低速柴油机自主研发提供经验与参考。近年来由于国际金融危机以及国际航运市场不景气,随着原材料及人工成本的进一步增加,船用柴油机企业受到了较大的冲击,为了进一步降低生产成本,我们应该通过提升技术研发来更有效地控制产品质量,继而进一步提升公司的竞争力。现阶段我们使用的缸体主要为铸造缸体,铸造缸体的成本较高,且质量不容易控制,且在缸体铸造过程中由于工艺要求会产生较大的环境污染,因此现阶段焊接缸体成为今后一个可行的发展方向。焊接缸体的材料损耗较少,加工费用比铸造缸体更少,且更容易控制缸体的质量。  本文首先利用三维建模软件UG根据6S60MEC型低速船用柴油机焊接式缸体的图纸建立缸体的三维实体模型,将焊接缸体的实体模型导入ANSYS Workbench仿真平台进行结构离散,建立有限元模型,在ANSYS Workbench仿真平台里将焊接缸体有限元模型施加符合实际工况的边界条件以及载荷后进行分析计算。通过静力结构分析得到缸体在最大爆发压力工况下的力学性能,然后利用Workbench所特有的后处理模块分析焊接缸体结构的应力变化规律以及所关注部位的变形数据,并且选用形状改变比能理论的相关准则对其完成了强度校核。在对焊接缸体完成静力结构分析的基础上,结合焊接缸体材料的S-N曲线和疲劳分析理论,利用nCode Designlife疲劳分析软件对焊接式缸体进行疲劳寿命估算,得到了焊接缸体的疲劳损伤以及寿命。
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