汽车发动机连杆结构强度仿真分析

2024/3/61汽车发动机连杆结构强度仿真分析xxxxxxxxxxxx汇报人：某某某-1一、研究目的2二、应用概述3三、连杆建模45四、分析工况五、分析结果6六、结束语2024/3/63第1部分一、研究目的一、研究目的连杆机构属于汽车发动机的核心部件，在汽车发动机运行过程中起能量转换的作用在高强度、高负荷的运转中，曲轴连杆机构需要可靠的强度，否则极易导致事故曲轴连杆机构能够将以活塞为主体的运动转换为以曲轴为中心的运动，同时将直线运动转变为曲线运动，由此，曲轴连杆机构的工作环境十分恶劣汽车发动机运行时，连杆通过活塞销连接活塞，将作用在活塞上的力传递至曲轴连杆在工作中面临往复力和剧烈的交变动载荷，长期作用下，连杆表面易产生裂纹现建立连杆的有限元模型，对其进行结构强度仿真分析，得到装配工况、拉伸工况、压缩工况下的整体非线性应力、接触压力，拉伸工况下的轴瓦、衬套变形，以及疲劳安全因数。基于结构强度仿真分析结果，对汽车发动机连杆进行优化2024/3/65第2部分二、应用概述二、应用概述1.虚拟仿真技术的应用在产品的设计中引入计算机辅助工程仿真分析，通过建立与产品系统相一致的仿真模型，能够从系统的设计早期开始对各种不同的设计方案进行评价和验证，及时发现问题，进而最大程度降低试验风险，避免重复设计工作二、应用概述2.分析软件平台Simcenter3D软件处理(应变、应力、位移和模态分析)二、应用概述3.分析流程与多数有限元分析软件一样，Simcenter3D的操作具体如下2024/3/69第3部分三、连杆建模三、连杆建模对连杆杆身、连杆盖、轴瓦、衬套、螺栓进行建模，采用接触法对连杆进行有限元分析，得到连杆的应力分布情况，并对优化前后连杆设计方案进行仿真结果对比，解决连杆的可靠性问题。在有限元分析中，接触问题是个难点。连杆运动时，与轴瓦、衬套、活塞销、曲轴等组成一个系统，这些零件之间接触面上的接触力非常关键，如果接触压力不足，容易造成系统失效采用Simcenter3D软件完成连杆三维建模，如图3所示。为了便于添加载荷，将轴瓦和衬套对称分为两部分，分割边界如图4所示三、连杆建模图3.连杆三维模型图4.轴瓦和衬套分割边界三、连杆建模连杆模型采用四面体结合六面体网格划分，目的是提高网格精度和控制网格规模，有利于缩短求解时间。当然，非线性分析求解时间在正常情况下要比线性分析求解时间长。在模型边上添加边密度控制，在关键接触面上采用二维种子网格进行网格密度控制和三维网格划分引导。连杆模型网格密度控制如图5所示，网格划分如图6所示，整体网格大小2mm,局部采用1mm网格单元三、连杆建模连杆杆身、连杆盖的材料为36MnVS4合金结构钢，弹性模量为207GPa,泊松比为0.3，屈服强度为750Mpa，抗拉强度950Mpa。轴瓦、衬套、螺栓的钢材料，弹性模量为211GPa,泊松比为0.2772024/3/614第4部分四、分析工况四、分析工况对连杆结构强度分析时，主要载荷有衬套过盈接触力、轴瓦装配接触力、螺栓预紧力、最大拉伸载荷、最大压缩载荷通常认为，连杆在工作过程中最危险的工况是最大拉伸工况和爆发压力最大压缩工况分析装配工况、拉伸工况和压缩工况，拉伸工况即装配及往复惯性力工况，压缩工况即装配及爆发工况对于每个工况，定义轴瓦与连杆大头的过盈接触、衬套与连杆小头的过盈接触、螺栓与连杆盖的接触、连杆杆身与连杆盖的接触，摩擦因数设置为0.2，计算参数见表1,三种工况的载荷和边界条件如图7所示四、分析工况2024/3/617第5部分五、分析结果五、分析结果1.整体线性分析在分析中不关注螺栓自身的应力，因此只显示连杆、衬套、轴瓦的应力情况。三种工况下连杆整体非线性应力分布云图如图8所示。结果显示，装配工况最大等效应力为709.38MPa,拉伸工况最大等效应力为726.92Mpa，压缩工况最大等效应力为802.97Mpa五、分析结果2.接触压力对连杆结构强度分析需要关注各部分的接触性能，连杆杆身与连杆盖要求保持接触，存在接触压力，不分离，连杆杆身与轴瓦、连杆杆身与衬套之间要求接触良好，接触压力超过10Mpa。三种工况连杆接触压力分布云图如图9所示，显示连杆各部分接触均满足要求五、分析结果对象△1△2(△1+△2)/2轴瓦27.2108.367.75衬套34.258.246.23.轴瓦与衬套变形拉伸工况下轴瓦和衬套的变形分别如图10、图11所示。根据变形云图，轴瓦和衬套的变形结果见表2五、分析结果4.疲劳安全因数将三种工况结合起来计算疲劳安全因数，得到连杆疲劳安全因数分布云图，如图12所示。连杆的疲劳安全因数不低于1.41,满足设计要求6六、结束语六、结束语23对连杆进行设计时，要求在保证足够强度、刚度、稳定性的前提下，尽可能实现质量轻、体积小、形状合理，并最大限度减缓过渡区的应力集中此次分析也证明，分析过程清晰，有理有据，可作为常用有效方法依据连杆是汽车发动机的重要构件和主要运动件，连杆的可靠性和寿命在很大程度上影响汽车发动机的寿命将计算机辅助工程应用于连杆结构强度仿真分析，主要意义有三方面，即可获取连杆设计的薄弱位置、可对多种设计方案进行分析和比较，选择最