柴油机连杆有限元计算及疲劳强度分析
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接触 两种方 式 对连杆 小头 的载 荷进行 模 拟。
柴 油 机 工 作 时 ，连 杆 的 受 力 是 周 期 变 化 的 。 在 计 算 时 采 用 准 动 态 模 拟 分 析 方 法 ， 把 连 杆 的 受 力 即
实体模 型如 图 ｌ 示 。 所
状 况 固定 在 两种 最恶 劣 的工 况 ． 别 是最 大 燃 气爆 分 发 压力 引起 的最 大 压 缩 工况 和 连 杆 本身 的惯 性 力 引起 的最大拉 伸工 况 。 ２１ 等 效载荷 模 拟方式 ．
小 头孑 内接 触 面上 的压力 数 据面 ， 取 值 随极 坐标 Ｌ 其
系 （ ，， ） ０坐 标 的 变 换 关 系 由 函 数 ＣＳ７ ） ｚｒ０ 中 Ｏ （ｔ Ｏ 决
元 类 型 选择 Ｓ Ｌ Ｄ ， Ｏ Ｉ １ 四节 点 四 面体 单元 ， 元 长度 单
６ ｍｍ， 生 成 节 点 数 ２ ８ １个 ， 元 数 １２ ７个 ， 共 ０４ 单 ３８ 连
理可 以计 算得 到 ：
莲 力 囊撮爱
Ｐ ￣ｚ＝２ ３ ３ ２５ ６．３Ｎ Ｐ ＝ ９８ Ｐａ 一 ３． Ｍ
２ ２ 接 触 模 拟 方 式 ．
均 布栽 荷
（ ） 大压缩 工况 １最
经 过等 效力 系 的计算 施加 在等 效活 塞销 两个 端
面 的 力 的 大 小 为 ｌ５ ０ Ｎ， 向 竖 直 向 下 ， 限 元 计 １０ ０ 方 有
１１ 几 何 模 型 的 建 立 ．
连 杆 组整 体结 构 比较 复 杂 ，根据 计 算要 求 ， 应
用 参 数 化 设 计 和 特征 建 模 技 术 对 连 杆 进行 三 维 实
体 建模 。
（） １ 根据 刚度等效 原则对 螺栓 、 曲轴等 进行 了适 当地 简化 ， 并省 略了仅起传递 载荷作用 的连杆衬套 。 （） ２ 由于连杆 盖 通过 螺 栓 与连 杆 紧 紧结合 在 一
４
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ １年第 ｌ Ｏ期
柴 油机 连杆 有 限元 计算 及 疲 劳 强 度分 析
Ｆａ ｉ ｕｅ Ｓｔ ｅ ｔ ｔｇ ｒ ｎｇ ｈ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＤｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｎｎ ｃ ｉ ｌ ｓｓｏ ｅ ｅ ｇ ｎｅ Ｃｏ ｅ ｔｎｇ
Ｒ ｏ ｓ ｄ ｎ Ｆｉ ｉｅ Ｅｌ ｍ ｅ ｎ ｌ ｉ ｄ Ｂａ ｅ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎｔＡ ａ ｙｓｓ
起 ， 行 有 限 元 分 析 时 ， 连 杆 盖 和 连 杆 处 理 为 一 进 把
．
≯
０图 ２ 连 杆 青 限 元 网 格 模 型
２ 边 界 条 件 的 施 加
在 连杆 有 限元 计算 中 ， 由于作 用 于连 杆上 的载
荷 比较 复 杂 ， 特别 是某 些 载荷 沿边 界 的分 布规 律 难
圈 １ 连 杆 ＝ 维 实 体 模 型
（ ） 大 压 缩 工 况 １最 在 最 大 爆 发 压 力 工 况 下 ， 图 ３所 示 ， 义 在 如 定
１２ 有 限 元 模 型 的 建 立 ．
有 限 元 网 格 模 型 的 建 立 是 应 用 有 限 元 法 求 解 问 题 的 基 础 。 本 文 基 于 几 何 模 型 自动 生 成 网 格 。 单
圈 ３等 效载 荷 最 大压 缩 工 况 小 头 边 界 条 件
算 模 型 如 下 图 ５所 示 。
定 义 均 布 压 强 Ｐ ，将 其 与 数 据 面 数 值 的 乘 积 ～ 作 为 最 终 施 加 于 模 型 上 的 载 荷 。对 于 内 孔 接 触 面 上 的 ０角 处 ， 用 的 压 强 为 作 ｐ Ｏ ＝ —ｃ ｓ１ 饰 ） （ ）Ｐ ０ （ ０ 『 （） １
刘
玮
苏铁 熊
徐燕茹
（ 中北大学 ） ［ 要］ 用 ＩＤ Ａ 摘 利 － Ｅ Ｓ软件 建 立 了连 杆三 维 实体模 型 ， 通过 有限 元计 算得 到不 同工 况 下的连杆
应 力 分 布 ， 据 分 析 结 果 运 用 疲 劳极 限 图对 ６ ５ 依 Ｖ１０柴 油 机 连 杆 的 疲 劳 强 度 进 行 了定 性 评 价 ， 后 最
杆 有 限元 网格 模 型 如 下 图 ２所 示
定 。其 中， 是作 用 面之 间的接触 角 大小 ， 受压 缩载 荷时 ， 的取值 为 ２ｒ ｆ ， ３１ ｒ ／ 。
刘 玮 苏 铁 熊 徐 燕 茹 ： 油机 连 杆有 限元 计 算 及 疲 劳 强 度 分 析 柴
５
选择 大小端杆 身 凹槽 的倒 角 圆半径作 为参数研 究 了对连 杆强度 的影 响 。
［ 关键 词 ］ 柴油机 连杆 疲 劳强度
Ｋ ｅ ｒ ：Ｄｉｓ ｌ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｅ Ｃｏ ｅ ｔｎ ｏ Ｆａｉ ｕ ｔｅ ｇ ｈ ｎｎ ｃ ｉ ｇ ｒ ｄ ｔｇ ｅ ｓｒ ｎ ｔ
１ 连 杆 有 限 元 模 型 建 立
（） ２ 最大拉 伸 工况 经过 等效 力 系的计 算施 加在 等效 活塞 销两个 端 面 的力 的 大小 为 １４ ０６ 方 向竖 直 向上 ， 限 元 １ ８ ．Ｎ， 有 计 算模 型 如下 图 ６ 示 。 所
２３ 位 移 边 界 条 件 ．
对 （ ） 进 行 积 分 ， 在 活塞 运 动 的 方 向上 进 １式 并 行投影 。 ： 得
以用理 论或 测 量 的方 法来 确定 ， 因此 要 采用 一 些 假
个整 体 。 （） ３ 对计 算结 果 影 响不 大 的部 位 的倒 角 和 圆角
进行 简化 ， 余几 何特 征均 保 留。 其
通 过 上 述 简 化 ，利 用 Ｉ Ｄ Ｓ建 立 的 连 杆 三 维 － ＥＡ
定 的分布 规律来 模拟 。本文 分别 采用 了等效 载荷 和
ｆ
＋２ ／
边 界约 束是 为 了消除 整体模 型 的刚 体位移 。本
Ｐ爆 ＝ｆ 发
～
Ｐ Ｏ ｂ ｃ ｓｄ （ ） Ｒ ｏ０ ０
６２ ／
文 中计算 模 型均采 用 下 图 ７所示 的刚体 约束 。 由于 曲柄 销直 径较 大 ， 实 际 的工作 状况 下变 形较 小 ， 在 而
柴 油 机 工 作 时 ，连 杆 的 受 力 是 周 期 变 化 的 。 在 计 算 时 采 用 准 动 态 模 拟 分 析 方 法 ， 把 连 杆 的 受 力 即
实体模 型如 图 ｌ 示 。 所
状 况 固定 在 两种 最恶 劣 的工 况 ． 别 是最 大 燃 气爆 分 发 压力 引起 的最 大 压 缩 工况 和 连 杆 本身 的惯 性 力 引起 的最大拉 伸工 况 。 ２１ 等 效载荷 模 拟方式 ．
小 头孑 内接 触 面上 的压力 数 据面 ， 取 值 随极 坐标 Ｌ 其
系 （ ，， ） ０坐 标 的 变 换 关 系 由 函 数 ＣＳ７ ） ｚｒ０ 中 Ｏ （ｔ Ｏ 决
元 类 型 选择 Ｓ Ｌ Ｄ ， Ｏ Ｉ １ 四节 点 四 面体 单元 ， 元 长度 单
６ ｍｍ， 生 成 节 点 数 ２ ８ １个 ， 元 数 １２ ７个 ， 共 ０４ 单 ３８ 连
理可 以计 算得 到 ：
莲 力 囊撮爱
Ｐ ￣ｚ＝２ ３ ３ ２５ ６．３Ｎ Ｐ ＝ ９８ Ｐａ 一 ３． Ｍ
２ ２ 接 触 模 拟 方 式 ．
均 布栽 荷
（ ） 大压缩 工况 １最
经 过等 效力 系 的计算 施加 在等 效活 塞销 两个 端
面 的 力 的 大 小 为 ｌ５ ０ Ｎ， 向 竖 直 向 下 ， 限 元 计 １０ ０ 方 有
１１ 几 何 模 型 的 建 立 ．
连 杆 组整 体结 构 比较 复 杂 ，根据 计 算要 求 ， 应
用 参 数 化 设 计 和 特征 建 模 技 术 对 连 杆 进行 三 维 实
体 建模 。
（） １ 根据 刚度等效 原则对 螺栓 、 曲轴等 进行 了适 当地 简化 ， 并省 略了仅起传递 载荷作用 的连杆衬套 。 （） ２ 由于连杆 盖 通过 螺 栓 与连 杆 紧 紧结合 在 一
４
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ １年第 ｌ Ｏ期
柴 油机 连杆 有 限元 计算 及 疲 劳 强 度分 析
Ｆａ ｉ ｕｅ Ｓｔ ｅ ｔ ｔｇ ｒ ｎｇ ｈ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＤｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｎｎ ｃ ｉ ｌ ｓｓｏ ｅ ｅ ｇ ｎｅ Ｃｏ ｅ ｔｎｇ
Ｒ ｏ ｓ ｄ ｎ Ｆｉ ｉｅ Ｅｌ ｍ ｅ ｎ ｌ ｉ ｄ Ｂａ ｅ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎｔＡ ａ ｙｓｓ
起 ， 行 有 限 元 分 析 时 ， 连 杆 盖 和 连 杆 处 理 为 一 进 把
．
≯
０图 ２ 连 杆 青 限 元 网 格 模 型
２ 边 界 条 件 的 施 加
在 连杆 有 限元 计算 中 ， 由于作 用 于连 杆上 的载
荷 比较 复 杂 ， 特别 是某 些 载荷 沿边 界 的分 布规 律 难
圈 １ 连 杆 ＝ 维 实 体 模 型
（ ） 大 压 缩 工 况 １最 在 最 大 爆 发 压 力 工 况 下 ， 图 ３所 示 ， 义 在 如 定
１２ 有 限 元 模 型 的 建 立 ．
有 限 元 网 格 模 型 的 建 立 是 应 用 有 限 元 法 求 解 问 题 的 基 础 。 本 文 基 于 几 何 模 型 自动 生 成 网 格 。 单
圈 ３等 效载 荷 最 大压 缩 工 况 小 头 边 界 条 件
算 模 型 如 下 图 ５所 示 。
定 义 均 布 压 强 Ｐ ，将 其 与 数 据 面 数 值 的 乘 积 ～ 作 为 最 终 施 加 于 模 型 上 的 载 荷 。对 于 内 孔 接 触 面 上 的 ０角 处 ， 用 的 压 强 为 作 ｐ Ｏ ＝ —ｃ ｓ１ 饰 ） （ ）Ｐ ０ （ ０ 『 （） １
刘
玮
苏铁 熊
徐燕茹
（ 中北大学 ） ［ 要］ 用 ＩＤ Ａ 摘 利 － Ｅ Ｓ软件 建 立 了连 杆三 维 实体模 型 ， 通过 有限 元计 算得 到不 同工 况 下的连杆
应 力 分 布 ， 据 分 析 结 果 运 用 疲 劳极 限 图对 ６ ５ 依 Ｖ１０柴 油 机 连 杆 的 疲 劳 强 度 进 行 了定 性 评 价 ， 后 最
杆 有 限元 网格 模 型 如 下 图 ２所 示
定 。其 中， 是作 用 面之 间的接触 角 大小 ， 受压 缩载 荷时 ， 的取值 为 ２ｒ ｆ ， ３１ ｒ ／ 。
刘 玮 苏 铁 熊 徐 燕 茹 ： 油机 连 杆有 限元 计 算 及 疲 劳 强 度 分 析 柴
５
选择 大小端杆 身 凹槽 的倒 角 圆半径作 为参数研 究 了对连 杆强度 的影 响 。
［ 关键 词 ］ 柴油机 连杆 疲 劳强度
Ｋ ｅ ｒ ：Ｄｉｓ ｌ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｅ Ｃｏ ｅ ｔｎ ｏ Ｆａｉ ｕ ｔｅ ｇ ｈ ｎｎ ｃ ｉ ｇ ｒ ｄ ｔｇ ｅ ｓｒ ｎ ｔ
１ 连 杆 有 限 元 模 型 建 立
（） ２ 最大拉 伸 工况 经过 等效 力 系的计 算施 加在 等效 活塞 销两个 端 面 的力 的 大小 为 １４ ０６ 方 向竖 直 向上 ， 限 元 １ ８ ．Ｎ， 有 计 算模 型 如下 图 ６ 示 。 所
２３ 位 移 边 界 条 件 ．
对 （ ） 进 行 积 分 ， 在 活塞 运 动 的 方 向上 进 １式 并 行投影 。 ： 得
以用理 论或 测 量 的方 法来 确定 ， 因此 要 采用 一 些 假
个整 体 。 （） ３ 对计 算结 果 影 响不 大 的部 位 的倒 角 和 圆角
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Ｐ爆 ＝ｆ 发
～
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文 中计算 模 型均采 用 下 图 ７所示 的刚体 约束 。 由于 曲柄 销直 径较 大 ， 实 际 的工作 状况 下变 形较 小 ， 在 而