某发动机连杆高周疲劳分析

摘要： 采用有限元计算和应力疲劳分析相结合的方法，对某发动机连杆进行结构应力和高周疲劳计算，得到其疲劳安全因数分布情况.结果表明该连杆满足安全运转要求.

关键词： 发动机； 连杆； 高周疲劳； 有限元

中图分类号： U464.133.2；TB115.1文献标志码： B

引言

连杆是内燃机的主要运动受力部件之一，在工作中要承受装配载荷和交变工作载荷，工作条件恶劣，易产生疲劳破坏而导致发动机无法正常工作.

本文应用Abaqus对某型内燃机连杆进行结构应力计算，并将其结果用于高周疲劳计算，分析该连杆结构是否满足设计要求，为设计开发提供依据.

1模型信息

模型包括连杆体、连杆盖、活塞、活塞销、连杆衬套、上下轴瓦、曲柄销和螺栓等.整体坐标系采用右手法则的直角坐标系，坐标系中心为连杆大头的中心，x轴与曲轴同向，z轴与气缸轴同向，y轴为发动机侧向.各部件节点和单元数见表1，其单元类型均为2阶四面体单元，生成的有限元模型见图1.表 1模型信息个零件节点数单元数连杆体254160连杆盖8955 376活塞9 88838 913其他零件6149 392

图 1有限元模型2边界条件

曲柄销中心全约束，活塞顶面中心点约束其2方向自由度.

设置曲柄销与轴瓦为间隙配合，上、下轴瓦间为过盈配合，连杆小头与衬套为过盈配合，活塞销与衬套为间隙配合.螺栓的预紧力以bolt load方式施加.

3计算工况

连杆在上止点位置时，分别受到最大惯性力载荷和最大爆发压力载荷.因此，本文对6种工况进行结构应力计算，见表2.[1]

气体爆发压力加载在活塞顶面，活塞组和连杆组往复惯性力以Gravity的方式加载，连杆组旋转离心力以Rotational body force的方式加载.曲柄连杆简图见图2.

4计算结果分析

4.1应力计算结果

应力分布计算结果见图3.

4.2疲劳计算结果

疲劳安全因数计算结果见图4.

由图4可知，连杆盖、连杆大头和杆身的安全因数均大于1.5，满足设计要求.连杆小头与衬套接触边界处，有小范围区域安全因数小于1.5，分析认为，Abaqus软件在进行结构应力计算时，在接触边界处容易产生虚假值，从而导致疲劳计算结果异常，因此该异常值可以忽略.

5结论

该连杆疲劳安全因数大于1.5，满足安全要求，同时，发动机耐久试验中该连杆没有出现疲劳断裂等故障，验证分析结果的可信度.参考文献：

[1]梅凤翔. 工程力学[M]. 北京： 高等教育出版社， 2003.（编辑武晓英）第22卷 增刊22013年10月计 算 机 辅 助 工 程Computer Aided EngineeringVol.22 Suppl.2Oct. 2013