03第三章内燃机零部件的强度与振动计算基础

第一节 第二节 第三节 第四节
内燃机零部件的机械负荷和热负荷 内燃机零件的应力、变形状态计算 内燃机零件的强度评定 内燃机振动基本理论简介
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－振动基本理论 内燃机振动型式 载荷类型 振动系统自由度
一、建立振动方程的方法
1、动力平衡法 2、能量法 其它方法：虚功法、变分法
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－振动基本理论
二、单自由度系统的自由振动
无阻尼自由振动的振幅、周期与频率 （1）周期（或频率）只与结构的质量和结构的刚度有关，与外界干扰因 素及初始条件无关，是结构（或振动系统）本身固有的特性；（外界干扰 与初始条件只能影响到振幅） （2）振动周期与质量的平方根成正比、与刚度的平方根成反比；欲改变 结构的周期和频率，需要改变质量或刚度。
※当结构尺寸成比例时，由气体压力引起的零件的应力与最大爆发 压力pz成正比。 ※往复惯性力与转速的平方及缸径的四次方成正比，由往复惯性力引起 的应力与活塞平均速度Cm的平方成正比。
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－机械负荷和热负荷
二、热负荷 ①.处于过高温度状态而降低工作能力 烧伤、 腐蚀、机械性能下降、润滑变差、蠕变、热疲劳 内燃机热 负荷的涵义： ②.零部件各部位存在温度差，引起热应力和热变 形。 燃烧室组件的应力由机械应力和热应力叠加形成。 1.用单位面积的热流量来评估热负荷 热负荷程 度的评定： 2.用单位活塞面积上的功率NF表征热负荷 3.用温度场及局部热流密度评定热负荷
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第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－机械负荷和热负荷
内燃机运转过程中零部件承受机械负荷、热负荷，与运转工况有关 一、机械负荷
来源：
气体压力 惯性力 螺栓预紧力 振动、变形引起的附加载荷
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
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第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－应力、变形状态计算 一、弹性力学基本公式
连续性假设(Continuity) 变 均匀性假设(Homogeneity) 弹性体的基本假设 形 各向同性假设(Isotropy) 假 线弹性假设(Linear elasticity) 设 小变形假设(Small deformation) 平衡方程 弹性力学基本方程 形 几何方程 设 物理方程
二、弹性力学问题求解途径
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
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பைடு நூலகம்
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第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
－强度评定 一、计算工况的选择
背景：机械负荷和热负荷随内燃机工况变动而变化，选取稳定工况 评估强度。
内燃机学（下）
热能与动力工程专业
学时：56 （讲授学时：50 试验学时：6） 3.5学分
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第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
1、标定转速和标定功率计算工况（温度最大，零件热负荷最大） 2、最大扭矩计算工况（气体压力最大，惯性力相对较低） 3、最大空转工况（惯性力载荷最大）
二、零件的静强度评定
1、单一工况下的强度评定 单向应力、复杂应力状态 2、多种工况下的强度评定 总损伤度 3、疲劳强度的评定 极限应力图
第三章 内燃机零部件的强度与振动计算基础
三、多自由度系统的自由振动
自振（固有、模态）频率、振型向量
（1）多自由度系统振动求解，确定体系全部自振频率及相应振型； （2）多自由度自振系统的自振频率不止一个，个数与自由度个数相等， 自振频率由特征方程求出； （3）每个自振频率对应一个振型； （4）多自由度系统自振频率和振型是系统固有性质，仅与刚度系数、质 量分布有关。