连杆有限元分析

滇中赤子

连杆有限元分析

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柴油机连杆有限元分析 1 实体模型的建立 在进行柴油机连杆有限元分析时,首先必须建立比较准确的力学模型,载荷和约 束边界条件要符合实际情形,计算结果才能达到比较满意的精度。有限元计算是 基于结构的三维实体模型进行的,根据计算要求的技术对连杆进行了三维实体建 模,建立了有限元分析计算的几何模型。 由于主要考察对象是连杆,故在建模时对 连杆建立的是详细实体模型,而对螺栓、曲柄销、曲轴以及一些局部微小复杂结 构进行了适当简化。 2 有限元模型的建立 2. 1 结构的离散 连杆材料为40Cr ,弹性模量取206 GPa ,泊松比0. 29 ,密度7. 82 ×103 kg/ m3 。 对不同考察区域设 定合理的最大单元长度, 由软件自动划分了31 562 个4 面体单元,7 612 个节点 (见图1) ;并用两个杆单元分别模拟螺栓;用4 个多节点刚性单元模拟螺栓联接 时,作用力主要是在螺纹的1/ 3～1/ 2处;在结构的接触面之间设置1 417 个线性 接触单元以模拟接触效应。 2. 2 有限元模型验证 为了验证建立的有限元模型的精度,采用锤击法对连杆进行自由模态的测试,识 别出结构的固有频率、 振形等模态参数,对比结果表明,有限元模态计算结果和模 态试验结果吻合较好(见表1) ,固有频率在振形协调一致下,最大相对误差4. 35 % ,说明所建的有限元模型合理。
2. 3 边界条件 连杆工作时主要受爆发压力、 往复惯性力和螺栓预紧力作用,作复杂的平面运动。 计算时,把连杆的受力状态固定在工况最恶劣的瞬时,转化为静力作用下进行分 析。所以模拟计算时,视连杆为一个二力杆,固定约束曲柄销的中心线,在活塞销 上施加载荷,而曲柄销的约束力正好与活塞销上的力平衡。 在安装工况下,连杆主 要承受联接螺栓的40 000 N 预紧力;预紧力的施加可以通过在杆单元两端节点上 施加温度- 263 K,使其收缩而实现[1 ] 。最大受拉工况是在进气开始的时刻, 连杆小头受到活塞组的最大往复惯性力而使连杆处于拉伸状态,该载荷施加在活 塞销上,其表面载荷力通过接触单元向下传递。爆发工况下连杆处于受压状态, 连杆小头所受力即为活塞所受的最大气体爆发力与活塞组往复惯性力的差值,该 力施加在活塞销上,通过活塞销再作用在连杆小头上[2 ] 。 3 计算结果及分析 3. 1 应力分析 连杆体及大头盖在各工况下的最大主应力值及等效应力值列于表2。图2 和图3 示出具有代表性的应力分布图。 在预紧工况下,连杆体的最大主应力点位于杆身与大头过渡圆弧处,大头盖的 最大主应力点位于螺栓安装平面与凸肩交叉处;拉工况时,杆身的最大主应力点 位于小头与杆身过渡圆弧处;爆发工况时,最大主应力点位于小头孔与活塞销接 触面上。等效应力最大值点在预紧工况和拉工况时位于连杆和大头盖结合面处, 而爆发工况则位于杆身最小截面上。随着爆发力的增大,连杆的等效应力以较大 的幅度上升。 此外,连杆体和大头盖之间的接触压力在拉工况下,能达到181 MPa , 说明两者仍保持紧密的接触状态而无分离。
3 s6 _) j+ M3 ~/ A% h3 o3. 2 连杆变形 连杆体及大头盖在各工况下的变形量列于表 3 由于连杆小头的刚度较杆身和大头盖小,所以在预紧工况、拉工况及非增压 爆发工况下连杆的最大位移都出现在连杆小头,增压爆发工况和超载工况时位移 分布与非增压爆发工况相同,只是数值增大而已。从表 3 看出,预紧工况连杆变 形量很小,拉工况下连杆伸长,爆发工况下,随着爆发力的增加,连杆的压缩量也 急剧增大。 4 结论 用有限元法,对连杆进行了增压前后多工况的强度、 刚度对比分析,发现在爆发工 况连杆杆身的等效应力较高,增压后等效应力增加幅度为41. 8 % ,最大压缩变形 量也增加了41 %。建议对连杆重新设计,比如加大连杆杆身的截面尺寸。

云灯疯飘

UG也有分析功能啊！！望指教！！！

hwb1995

好厉害，  我都不会