摩托車發(fā)動機(jī)連桿疲勞可靠性分析及壽命預(yù)測.pdf

1、連桿是發(fā)動機(jī)的重要構(gòu)件和主要運(yùn)動件，結(jié)構(gòu)和受載情況都比較復(fù)雜。連桿在工作過程中受到周期性的交變載荷而易產(chǎn)生疲勞破壞，但疲勞破壞前的裂紋擴(kuò)展階段沒有明顯的宏觀現(xiàn)象。當(dāng)連桿損傷達(dá)到臨界值時(shí)，常常發(fā)生突然性的疲勞斷裂，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法正常工作甚至報(bào)廢。而連桿的可靠性和壽命將直接決定發(fā)動機(jī)可靠性和壽命。因此通過連桿力學(xué)特性及疲勞分析，對提高連桿的可靠性和壽命有著重要的意義。
　　本文在結(jié)構(gòu)動力學(xué)、有限元技術(shù)、多體動力學(xué)和機(jī)械疲勞可靠性理論等

2、多門學(xué)科理論基礎(chǔ)上，并與有限元軟件、多體動力學(xué)軟件和專業(yè)疲勞壽命分析軟件相結(jié)合，對宗申摩托車NC450發(fā)動機(jī)連桿進(jìn)行強(qiáng)度分析、動力學(xué)特性分析、疲勞可靠度和壽命計(jì)算，并總結(jié)出連桿疲勞可靠性分析及壽命的計(jì)算方法，具體研究內(nèi)容包括:
　　(1)利用運(yùn)動學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法分析了連桿運(yùn)動情況和工作過程的受載情況，確定典型工況和對應(yīng)工況下的載荷。在二維圖紙的基礎(chǔ)上結(jié)合三維軟件Pro/e，建立了連桿三維模型和發(fā)動機(jī)動力端的裝配模型。
　　

3、(2)用有限元軟件Ansys對連桿進(jìn)行強(qiáng)度分析，重點(diǎn)處理連桿的載荷、慣性力和位移約束的施加，得到了連桿在不同典型工況下的應(yīng)力云圖、應(yīng)力集中部位和最大應(yīng)力值。
　　(3)利用有限元軟件MSC.Patran/Nastran和動力學(xué)軟件MSC.Adams對連桿進(jìn)行多體動力學(xué)剛?cè)狁詈戏抡?。重點(diǎn)處理活塞載荷的施加和連桿的剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?，通過仿真獲得連桿工作過程中危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線和連桿的疲勞載荷譜。
　　(4)利用連桿強(qiáng)

4、度分析數(shù)據(jù)對連桿進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，并在疲勞可靠性理論基礎(chǔ)上，結(jié)合連桿工作過程中危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線，對連桿進(jìn)行疲勞可靠度計(jì)算。
　　(5)在20CrMo連桿材料S-N曲線的基礎(chǔ)上，考慮連桿的應(yīng)力集中系數(shù)、尺寸系數(shù)和表面加工系數(shù)下得到連桿的S-N曲線。根據(jù)連桿的S-N曲線，結(jié)合連桿的疲勞載荷譜，在基于全壽命分析法的基礎(chǔ)上，利用MSC.Fatigue對連桿進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。
　　論文的主要研究成果包括:
　　(1)

5、連桿強(qiáng)度有限元分析中，運(yùn)用有限寬度軸頸油膜壓力分布規(guī)律處理連桿載荷，計(jì)算了任意單元任意位置的慣性力并通過APDL施加，使連桿的強(qiáng)度有限元分析邊界條件更接近于實(shí)際工作情況。分析結(jié)果表明應(yīng)力主要集中于連桿大、小頭與連桿桿身過渡圓處和桿身，最大應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于連桿材料的抗拉極限，滿足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
　　(2)在動力學(xué)仿真中，Spline曲線與AKISPL函數(shù)的聯(lián)合運(yùn)用能有效的將缸壓數(shù)據(jù)施加在活塞上，動力學(xué)仿真結(jié)果基本與有限元分析結(jié)果相吻

6、合。獲得了連桿工作過程危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確的應(yīng)力-時(shí)間曲線和連桿的疲勞載荷譜。
　　(3)連桿進(jìn)行的疲勞強(qiáng)度、可靠性和壽命分析結(jié)果表明:連桿關(guān)鍵部位的疲勞安全系數(shù)、連桿工作過程中危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的疲勞可靠度均大于連桿的許用安全系數(shù)和可靠性設(shè)計(jì)推薦值，并存在一定的安全余量，滿足設(shè)計(jì)要求。連桿的疲勞壽命較短的部位主要集中在桿身兩側(cè)，壽命最低的節(jié)點(diǎn)的循環(huán)次數(shù)能滿足無限壽命設(shè)計(jì)的要求。
　　(4)建立了一種適合同類型連桿的剛強(qiáng)度有限元分析、剛?cè)狁詈?/p>