ADAMS船用柴油机曲轴系统动力学研究(3)

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目前，多采用拉格朗日、牛顿、欧拉、appell方程来推导多体系统动力学方程。在appell方程中导入了加速度函数，得到简单的方程形式。虽然这方法求加速度的过程比用拉格朗日方程求动能的过程复杂很多，但对于求解非完整约束问题是非常有效的。柔体与刚体的区别在于选择不同的参照系，柔体选用浮动参照系。在描述浮动参照系的运动时可采用惯性坐标或相对坐标。采用相对坐标或混合坐标更方便。对于多体系统动力学问题的刚性方程的求解，关键是数值计算的稳定性。

20世纪80年代，Hang等人确立了“计算多体系统动力学”这门新的学科，多体动力学的研究重点侧重柔性多体系统的多体系统，柔性多体系统动力学计算多体系统动力学变得非常重要。

多体系统动力学计算是指计算机数值手段来研究复杂的机械系统的静力学分析，运动学分析，动态分析和控制系统的理论和方法分析。相比于多刚体系统，对于柔性体和多体与控制混合问题的考虑是其重要特征。其具体任务为：

1）创建复杂的运动学和动力学程式化的机械系统的数学模型，开发软件系统来实现这一数学模型，用户只需输入基本数据来描述这个系统，便可以使用计算机自动编程处理。

2）制定和实施有效的处理数学模型的方法，采用计算和数值积分方法为自动获取运动模式和动态响应。

3）实现有效的数据后处理，采用动画显示、图表或其他方式提供数据处理结果。

计算多体系统动力学的建立极大地改变了传统动力学研究的面貌，工程师可以从传统的手工计算中解放出来，只需根据实际情况建立合适的简化模型，就可由计算机自动求解，并可得到大量的的数据结果和分析手段；对于原来不可能求解或求解极为困难的大型复杂问题，现可利用计算机的强大计算功能顺利求解。而且现在的动力学研究软件提供了与其它工程辅助设计或分析软件的强大接功能，它与其它工程辅助设计和分析软件一起提供了完整的计算机辅助工程（CAE）技术。

1.3 研究内容及研究方法

本课题研究的是V列十六缸柴油机的曲轴系统动力学和运动学的ADAMS仿真分析，得到各个活塞的位移、速度、加速度仿真曲线，十六个活塞销的交替载荷和柴油机曲轴输出的扭矩。需要了解柴油机系统的组成部分、工作情况，了解曲轴系统的工作原理，并了解V列十六缸柴油机曲轴的加工工艺，运用Pro/E三维建模软件建立V列十六缸柴油机曲轴系统的简化模型，导入ADAMS仿真软件进行仿真分析。借助ADAMS软件仿真分析得到的各个活塞的位移、速度和加速度曲线，以及各个活塞销的受到的剪切力和曲轴的输出扭矩对V列十六缸柴油机的曲轴进行简单的剪切强度，扭转强度计算，同时对其进行强度验证。

主要研究方法和步骤如下：

1）介绍了解船用柴油机的现状及其发展趋势，讲述此课题的背景和意义。

2）掌握船用柴油机曲轴系统工作原理，了解V列十六缸柴油机各个气缸的工作情况，得到其工作过程表。

3）运用Pro/E三维建模软件建立V列十六缸柴油机曲轴系统的各零部件简化模型，并将其组装成装配体。

4）通过对ProE和ADAMS/Mew共同支持的主要图形交换格式的比较，选择最方便快捷、信息丢失最少的Parasolid格式，将三维简化模型导入ADAMS中，根据各个活塞的工作情况，给模型添加约束、爆炸力，对曲轴系统进行仿真分析，测量各个活塞的位移、速度、加速度曲线，以及各个活塞销的剪切力曲线和曲轴系统的输出扭矩曲线。