基于弹性流体动力学的曲轴系统仿真分析

张琼宇，王奎，朱小平（中船动力研究院有限公司，上海200129）

基于弹性流体动力学的曲轴系统仿真分析

张琼宇，王奎，朱小平
（中船动力研究院有限公司，上海200129）

以某船用柴油机为研究对象，进行曲轴主轴承载荷计算及对比分析。采用多柔体动力学计算主轴承载荷，柔体之间应用弹性流体动力学耦合。结果显示，液动轴承耦合的动力学结果更接近真实情况，曲轴主轴承各部分载荷分布并不均匀，容易造成偏磨，同时，为曲轴主轴承设计及曲轴受力分析提供了重要依据。

主轴承 柔性多体系统动力学 弹性流体动力学

1　引言

在发动机实际工作过程中，曲轴系统受到活塞连杆传递的交变载荷，受力情况比较复杂。传统上对曲轴系统动力学的研究，多采用刚柔耦合的多体动力学分析。对于刚体与柔体、或柔体与柔体的耦合，多采用单节点直接耦合的方式。实际上，由于忽略了轴承润滑，单节点耦合方式在传递载荷时，无法考虑轴承区域的载荷分布不均匀［1］。本文运用模态分析、柔体多体动力学、弹性流体动力学技术，对某新型船用中速柴油机进行动态仿真，分析液动轴承对曲轴主轴承受力的影响。

2　数学模型

2.1柔性体基本理论

柔性体采用修正的Craig-Bamptom模态法，用少数低阶模态描述复杂的动力学特性［1］。柔性体位移方程为

Φi（x）组成模态矩阵，qi（t）为振型系数。将式（2）代入式（1）得模态坐标下的位移方程为

2.2柔性体动力学方程

曲轴轴颈受到油膜压力及外载荷共同作用，其动力学方程为［2］