基于有限元的汽油機連桿疲勞強度研究

張子英

（山西煤炭管理干部學(xué)院 安全工程系，山西 太原 030006）

0 引言

連桿是發(fā)動機的關(guān)鍵部件，是將燃燒能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的部件，其強度直接決定著發(fā)動機的壽命。統(tǒng)計表明，疲勞破壞是連桿強度失效的主要故障模式。本文在Hypermesh中建立連桿的有限元模型，在Patran中加載邊界條件和載荷，通過分別計算上止點時由最大燃氣壓力和慣性力引起的靜態(tài)應(yīng)力，然后使用FEMFAT計算其疲勞安全系數(shù)。

1 連桿有限元模型

連桿包括連桿體、大頭蓋、連桿軸瓦、活塞銷以及連桿螺栓等零件。由于連桿結(jié)構(gòu)上的對稱性，這里只取一半做計算。根據(jù)連桿的強度研究資料及使用經(jīng)驗，連桿破壞處一般發(fā)生在連桿小頭與桿身過渡圓弧處、桿身與大頭過渡圓弧處、大頭蓋兩側(cè)螺栓頭下的小圓角處，因此，在網(wǎng)格劃分時采用人工劃分，這樣可以提高以上敏感部位的網(wǎng)格質(zhì)量，使計算結(jié)果更接近實際。所有組件都采用二階的十節(jié)點四面體修正單元。連桿有限元網(wǎng)格如圖1所示。

圖1 連桿有限元網(wǎng)格圖

2 邊界條件

本次強度計算共分4個工況，即螺栓預(yù)緊力工況、軸瓦（活塞銷）過盈工況、最大爆壓工況和最大慣性力工況，前兩種工況合稱為裝配工況。

2.1 螺栓預(yù)緊力工況

此工況包括對連桿體、螺栓和連桿蓋的分析。對稱邊界約束條件的施加方法為：約束所有零件對稱面的節(jié)點X向位移；約束小頭和連桿蓋中心軸線上兩點的Y向位移；約束桿身中心軸線上一點的Z向位移。接觸條件的施加方法為：螺紋接觸部位做Tied，其他接觸部位做Contact。……