基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

第36卷?第2期?2014-02(下)?

【107】

收稿日期：2013-11-22

作者简介：胡小青（1980 -），女，四川德阳人，讲师，硕士，研究方向为机械设计制造及其自动化。

基于ANSYS workbench 的汽车发动机连杆力学性能分析

Mechanical properties analysis of motocar engine connecting rod

based on ANSYS Workbench

胡小青HU Xiao-qing

（四川工程职业技术学院，德阳 618000)

摘 要：以汽车发动机用连杆为研究对象，建立了发动机连杆力学性能分析简化模型。采用Ansys

workbench软件static structure模块，利用有限元分析法对发动机连杆模型进行模拟分析，得出了发动机连杆模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布。结果显示，发动机连杆模型最大变形位于发动机小头顶部，最大等效应力位于发动机连杆与大头交接顶角处，为4.09×109Pa ，最大等效弹性应变与等效应力所处位置相同为0.02。

关键词：发动机连杆；Ansys workbench；有限元法；模拟分析；力学性能中图分类号：TG213 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)02(下)-0107-02Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.02(下).30

0 引言

汽车发动机连杆是内燃机中的一个重要的结构零件，其作用是连接活塞和曲轴，将作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功[1]。连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动[2,3]。因此，连杆体除了上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动[4]。所以，连杆的受力情况也十分复杂，工作中经常受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用[5]。这种复杂的载荷容易引起连杆的疲劳破坏，甚至直接关系到操作人员的安全，从而造成严重的后果[6]。因而，对于汽车发动机连杆运动过程中的力学分析非常重要。

通常，大多数工程实际问题很难单独的通过经典的弹性力学通过求解微分方程而得到其解析解[7,8]。而有限元方法则避免了求解微分方程，因此，通过计算机采用有限元分析方法分析汽车发动机连杆在使用过程中的力学性能，可以为汽车发动机行业的发展提供一个有力的参考[9～11]。

基于此，本文对汽车发动机连杆建立了相应的模型，采用有限元法，利用Ansys Workbench 软件分析了发动机连杆的力学性能，包括连杆的变形、等效应力与等效弹性应变。为发动机连杆的应用提供一定的参考。

1 实验

建立合适的有限元模型和进行合适的网格划分对发动机连杆分析至关重要。实验中采用Pro/E 软件建立发动机连杆的简化模型，在建立模型时，对连杆总体应力影响不大地过渡圆角、润滑小油孔等均被忽略。采用Ansys Workbench 软件进行网格划分和模拟分析。实验所建立的实体模型和网格模型如图1所示，图1(a)为实体模型，图1(b)为网格模型。划分网格时，发动机小头和大头内表面均采用加密网格。网格划分后，连杆节点数为292598个，单元数为191590个。在发动机工作过程中，连杆只承受轴向力作用，该力的最大值是由发动机活塞面爆燃气体压力和活塞与连杆小头的惯性力引起的。通过分析汽车发动机的做功情况以及燃气压力和连杆惯性力的影响，得到连杆在发动机燃气压力下的压力约为4.5MPa ，对应的最大轴向力约为11500N 。将其均布在连杆小头下半圆面上。

对模型进行材料实验初始值特性定义过程中，采用连杆采用40Cr 钢，其主要性能参数如下：弹性模量E=2×1011Pa ，泊松比μ=0.28，

ρ=7.9×103kg/m 3

。实验中采用Ansys workbench 中Static Structural 模块对发动机连杆进行模拟分析。