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第一章 绪论 1

1.1 背景与意义 1

1.2 船用柴油机结构组成与工作原理 3

1.2.1 船用二行程柴油机结构与工作工程 4

1.2.2 船用四行程柴油机结构与工作过程 5

1.3 船用柴油机关键部件性能研究进展 6

1.3.1 柴油机机体研究现状 6

1.3.2 柴油机曲轴研究现状 7

1.3.3 柴油机连杆研究现状 9

1.3.4 柴油机活塞研究现状 10

1.3.5 柴油机燃烧特性研究现状 12

第二章 船用柴油机运动部件的动力学特性 15

2.1 动力学特性分析方法 15

2.2 柴油机运动件动力学理论计算 15

2.2.1 曲柄-连杆机构运动学 15

2.2.2 曲柄-连杆机构动力学 17

2.3 柴油机运动件多体动力学计算 20

2.3.1 建立曲轴系统刚体模型 20

2.3.2 建立曲轴系统柔性体模型 22

2.3.3 仿真结果及分析 29

2.4 本章小结 37

第三章 船用柴油机典型结构的强度分析 39

3.1 船用柴油机典型结构的强度分析方法 39

3.1.1 船用柴油机机体结构强度分析方法 39

3.1.2 船用柴油机曲轴结构强度分析方法 49

3.1.3 船用柴油机连杆结构强度分析方法 50

3.1.4 船用柴油机活塞结构强度分析方法 56

3.2 船用柴油机机体结构强度 58

3.2.1 机体结构与工作过程 58

3.2.2 机体有限元建模 64

3.2.3 机架、机座装配强度 68

3.2.4 机架、机座热膨胀特性 70

3.2.5 极限侧向力下的机架结构强度 72

3.2.6 基于轴承力下的机座结构强度 73

3.2.7 加工工艺对主轴承变形的影响 76

3.2.8 接触特性评估 77

3.2.9 贯穿螺栓结构强度 79

3.3 船用柴油机曲轴结构强度 84

3.3.1 曲轴结构与工作过程 84

3.3.2 基于解析法强度校核 86

3.3.3 基于有限元法强度校核 102

3.4 船用柴油机连杆结构强度 112

3.4.1 连杆结构与工作过程 112

3.4.2 连杆组受力分析 113

3.4.3 连杆组材料属性 114

3.4.4 连杆有限元模型简化 115

3.4.5 边界条件定义 116

3.4.6 载荷步定义 118

3.4.7 连杆的应力评价 119

3.4.8 连杆接触面的评估 122

3.5 活塞热机耦合特性 124

3.5.1 活塞结构与工作过程 124

3.5.2 活塞热机耦合建模 128

3.5.3 活塞热机耦合分析结果 133

3.6 船用柴油机典型结构的屈曲稳定性分析 145

3.6.1 连杆屈曲稳定性 146

3.6.2 活塞杆屈曲稳定性 149

3.7 本章小结 152

第四章 船用柴油机典型结构的疲劳特性 154

4.1 船用柴油机典型结构的疲劳特性分析方法 154

4.2 船用柴油机机体的疲劳特性 155

4.2.1 疲劳破坏与材料的疲劳特性 155

4.2.2 机架、机座疲劳分析建模 156

4.2.3 疲劳分析结果评价 160

4.2.4 贯穿螺栓疲劳分析 161

4.2.5 疲劳因素对机体疲劳强度的影响 162

4.3 船用柴油机曲轴的疲劳特性 165

4.3.1 载荷计算 165

4.3.2 有限元模型建立 167

4.3.3 曲轴材料 167

4.3.4 疲劳模型创建 168

4.3.5 简化载荷法曲拐强度及疲劳计算 169

4.3.6 协同法曲拐强度及疲劳计算 171

4.3.7 结果分析与讨论 175

4.4 船用柴油机连杆的疲劳特性 175

4.4.1 连杆疲劳破坏与疲劳特性 176

4.4.2 连杆应力状态及计算方法 176

4.4.3 连杆疲劳分析 178

4.4.4 螺栓疲劳分析 181

4.5 船用柴油机活塞的疲劳特性 184

4.5.1 工作应力特性 184

4.5.2 活塞材料属性 185

4.5.3 载荷输入 186

4.5.4 疲劳分析影响因素 187

4.5.5 活塞疲劳分析结果 188

4.5.6 活塞螺栓动态疲劳强度 190

4.6 本章小结 194

第五章 船用柴油机活塞流固耦合特性 195

5.1 活塞流固耦合特性分析方法 195

5.2 活塞流固耦合特性 197

5.2.1 活塞流固耦合模型 197

5.2.2 活塞流体域建模 198

5.2.3 活塞固体域建模 200

5.2.4 活塞流固耦合分析结果 204

5.3 本章小结 207

第六章 船用柴油机燃烧性能 208

6.1 船用柴油机燃烧性能分析方法 208

6.1.1 性能分析技术路线 208

6.1.2 扫排气、燃烧特性分析方法 210

6.1.3 喷雾特性分析方法 211

6.2 船用柴油机工作过程 211

6.2.1 扫排气过程 211

6.2.2 喷雾过程 212

6.2.3 燃烧过程 213

6.3 扫排气、燃烧特性 215

6.3.1 计算模型 215

6.3.2 网格划分 216

6.3.3 初始条件及边界条件 218

6.3.4 船用柴油机扫排气特性 218

6.3.5 船用柴油机燃烧特性 225

6.4 喷雾特性 231

6.4.1 计算模型 231

6.4.2 网格划分 232

6.4.3 初始条件及边界条件 232

6.4.4 船用柴油机喷雾特性 233

6.5 本章小结 234

第七章 船用柴油机关键部件典型工艺研究 235

7.1 曲轴红套工艺分析方法 235

7.1.1 曲臂感应加热中耦合场实现方法 235

7.1.2 ANSYS磁-热耦合仿真实例 238

7.2 曲轴红套工艺分析 242

7.3 红套工艺的制定 251

7.4 本章小结 252

参考文献 254