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Abaqus 在曲轴飞轮联接螺栓强度分析中的应用 胡广云，胡朝霞，刘利军，鲍静怡 （沪东重机有限公司技术中心，上海，200129） 摘要：某船用低速柴油机曲轴与飞轮之间的连接螺栓材料本土化后，通过Abaqus/Explicit，分别对普通 联接和预紧联接方式的螺栓在主机紧急停车工况下的强度进行了仿真分析。计算结果表明，与普通联接方 式相比，预紧联接方式下螺栓的受力情况较好，选为设计方案。 关键词：船用低速柴油机，螺栓，强度校核，Abaqus/Explicit 1. 序言 船用低速柴油机的曲轴是柴油机的关键零部件，曲轴负责把各缸所作的功汇集起来，向外输出和带动 柴油机的附属设备。在它的输出端与之相连接的飞轮其主要作用是平衡轴系，避免转速急剧变动，保证柴 油机运转的稳定性。由于飞轮质量大，转动惯量较大，在一些恶劣工况下，如主机紧急停车的工况下，连 接曲轴与飞轮的螺栓会受到较大的冲击作用。为了保证主机的安全运行，确保连接螺栓的强度符合要求就 显得尤为重要。 本文通过使用Abaqus 软件，分别对普通联接和预紧联接两种方式下的螺栓在主机紧急停车工况下的强 度进行模拟分析，比较计算结果，选择较优方案。 2. 有限元建模 2.1 模型描述 曲轴与飞轮之间由螺栓连接。曲轴、飞轮、连接螺栓的装配结构如图1 所示。 曲轴 飞轮 连接螺栓 图1. 曲轴、飞轮、连接螺栓装配结构图. 图2. 设计安装方式示意图. 联接螺栓采取 “4+8”的布置方式，螺栓的设计方案如图2 所示。4 个φ60 的螺柱均匀分布在飞轮上， - 1 - 螺柱和柱孔之间的间隙为0.05mm。8 个φ56 螺柱，柱孔直径要求为58mm，螺柱和孔之间的单边间隙为1mm。 2.2 有限元模型 为了减少计算规模，本次计算取全模型的 1/6 进行建模并计算。考虑到模型的对称性，对飞轮的不平 衡质量块做了等效处理，其几何模型见图 3。对模型进行网格划分，网格类型为C3D8R 的六面体单元，模 型单元总数：31598，节点总数：37762。有限元模型见图4，其中螺栓的有限元模型见图5。 飞轮 Φ56 螺栓 Φ60 螺栓 曲轴 图3. 几何模型. 图4. 有限元模型. 图5. 螺栓有限元模型. 2.3 材料特性 曲轴材料为S34MnV，飞轮的材料为C3Cu，螺栓的材料为40CrNiMoA，其具体参数如表1 所示。 表1. 基本材料属性. 材料名称 C3Cu S34MnV 40CrNiMoA 弹性模量(GPa) 110 200 209 泊松比 0.28 0.3 0.295 3 密度(kg/mm ) 7.2e-6 7.85e-6 7.85 e-6 屈服强度(MPa) 250 350 685 抗拉强度(MPa) 680 880