Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Proposal of the methodology for determining the stiffness matrix of the crankshaft

Mateusz Paweł Wojciechowski

Abstract

The aim of the study was to propose a method for determining the stiffness matrix for the linear-elastic model of the crankshaft. In the first part of the work described tools, that were used in calculations. The Maxwell-Mohr’s method was first described one the example of a beam on one fixed supported at the end and loaded with concentrated moment on the other. The energy and matrix method were used. Additionally, the principle of operation of the finite element method were presented, its advantages and disadvantages, were given, also the aplication were describet In the next chapter, using the SolidWorks program, a 3D model of the existing crankshaft was created, its material parameters were determined and the accuracy of the model relative to the real object was verified. After checking the accuracy of the model, a fragment of the shaft was separated, which had two main spigots and one crank pin. Thanks to this choice, it will be possible to use this method for each shaft length by multiplying the given model. Next, the discretized object was discretized, the boundary conditions were determined, the load was given and subjected to static analysis. The results were read and a susceptibility matrix for the CAD model was created. In the next stage, a beam model was created. The obtained frame was loaded identically as 3d model and displacements were determined using the Maxwell-Mohr method. Next, the susceptibility matrix of the analyzed frame was determined. Young’s modulus and the moment of inertia were selected so that matrices determined analytically from the beam model and simulated from the spatial model were as close as possible to each other. In the last part of the work, the error of simplifying the beam model relative to the matrix of susceptibility of the CAD model was determined. The conclusions summarize the conclusions drawn from the research.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Mateusz Paweł Wojciechowski (FACME) Mateusz Paweł Wojciechowski,, Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Title in Polish
Propozycja metodyki wyznaczania macierzy sztywności wykorbienia
Supervisor
Robert Zalewski (FACME/IMDF) Robert Zalewski,, Institute of Machine Design Fundamentals (FACME/IMDF)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Bogumił Chiliński (FACME/IMDF) Bogumił Chiliński,, Institute of Machine Design Fundamentals (FACME/IMDF)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Certifying unit
Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Affiliation unit
Institute of Machine Design Fundamentals (FACME/IMDF)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
16-04-2019
Issue date (year)
2019
Internal identifier
SIMR; D-2174
Reviewers
Bogumił Chiliński (FACME/IMDF) Bogumił Chiliński,, Institute of Machine Design Fundamentals (FACME/IMDF)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME) Jakub Lasocki (FACME/IV) Jakub Lasocki,, Institute of Vehicles (FACME/IV)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Keywords in Polish
Macierz sztywnościModel belkowy Model liniowo-sprężysty Metoda Elementów Skończonych
Keywords in English
Stiffnes matrix Beam model Linear elastic model Finite element method
Abstract in Polish
Celem pracy było zaproponowanie metody wyznaczania macierzy sztywności dla liniowo-sprężystego modelu wału korbowego. W pierwszej części pracy opisano narzędzia, które wykorzystano do obliczeń. Jako pierwszą opisano metodę Maxwella-Mohra na przykładzie belki wysięgnikowej zamurowanej na jednym końcu i obciążonej momentem skupionym. Wykorzystano metody energetyczne oraz zapis macierzowy. Dodatkowo przedstawiono zasadę działania metody elementów skończonych, podano jej wady i zalety oraz opisano zastosowania. W kolejnym rozdziale wykorzystując program SolidWorks, stworzono model 3d istniejącego wału korbowego, określono jego parametry materiału i zweryfikowano dokładność modelu względem obiektu rzeczywistego. Po sprawdzeniu dokładności modelu, wydzielono fragment wału, który miał dwa czopy główne oraz jeden czop korbowy. Dzięki takiemu wyborowi, będzie można wykorzystać niniejszą metodę do każdej długości wału zwielokrotniając dany model. Następnie przeprowadzono dyskretyzację rozpatrywanego obiektu, określono warunki brzegowe, nadano obciążenie i poddano analizie statycznej. Odczytano wyniki i stworzono macierz podatności dla modelu CAD. W kolejnym etapie stworzono model belkowy. Otrzymaną ramę obciążono identycznie jak model 3d i wyznaczono przemieszczenia za pomocą metody Maxwella-Mohra. Dalej wyznaczono macierz podatności analizowanej ramy. Moduł Younga oraz moment bezwładności zostały tak dobrane, aby macierze wyznaczone analitycznie z modelu belkowego i symulacyjnie z modelu przestrzennego były jak najbardziej zbliżone do siebie. W ostatniej części pracy wyznaczono błąd uproszczenia modelu belkowego względem macierzy podatności modelu CAD. W podsumowaniu zostały przedstawione wnioski wyciągnięte na podstawie badań.
File
  • File: 1
    Mateusz_Wojciechowski_Praca_inżynierska_-_Propozycja_metodyki_wyznaczania_macierzy_sztywności_wykorbienia.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 28870

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTef9037d1c5f94ab2a943332dc4ea05fa/
URN
urn:pw-repo:WUTef9037d1c5f94ab2a943332dc4ea05fa

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page