某柴油机连杆截止频率计算分析.pdf

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1、34内燃机与配件2016年第5期某柴油机连杆截止频率计算分析AdieselEngineConnectingRodCut——OffFrequencyCalculation李闯1周栋1蔡强1王淼鑫2(1中北大学2郑9’It日产汽车有限公司)[摘要]本文采用ANSYS对某柴油机连杆进行模态分析，得到该连杆的前五阶振型以及固有频率，再对该连杆进行瞬态动力学分析得到一个工作循环内连杆危险点的应力值。通过谐响应分析得到危险点应力与截止频率的关系，证明了该连杆的截止频率的合理性以及工作频率与危险点应力值误差的关

2、系，并且说明了"-3工作频率接近连杆固有频率时，连杆危险点的应力值急剧增大。[关键词]连杆截止频率谐响应分析有限元法Keywords：ConnectingRodCut—OffFrequencyHarmonicResponseAnalysisFiniteElementMethodl刖吾连杆是柴油机的重要构件和主要运动件，其结构形状和受力情况都比较复杂。连杆在一定程度上成为制约柴油机寿命的瓶颈。而随着发动机向高速度、高功率和高负荷的方向发展，连杆的工作环境变得越来越恶劣。因此，对连杆进行动力学分析来确

3、定连杆的具体运动以及受力情况¨‘2J，合理的计算连杆的结构强度和研究连杆的动态特性对连杆的设计和优化具有重要的意义。传统计算连杆的结构强度都是在连杆上施加静载荷’3叫J，对连杆进行静力学分析，这样的计算没有考虑到连杆的实际运动以及受力情况，计算的结果有很大的误差。或者有的计算考虑到了连杆所受的动载荷∞。6J，根据图计算出连杆在一个工作循环内所受的动态载荷并对连杆进行动力学分析，虽然这种计算相比于传统的静力学分析有很大的进步，但是没有考虑到载荷频率对于连杆应力值的影响。本文首先对连杆做了模态分析得到

4、连杆的前五阶固有频率，再用模态叠加法的瞬态动力学分析得到连杆在一个工作循环内危险点的应力最大值。最后通过谐响应分析得到危险点应力与截止频率的关系，证明了该连杆的截止频率的合理性以及工作频率与危险点应力值误差的关系。2分析计算2．1有限元模型的建立针对该连杆可以采用PROE直接建立几何模型，将模型输出为STP格式文件，然后应用ANSA软件对该连杆进行网格划分。本文对连杆模型采用广泛的非结构化的四面体网格。对于连杆的棱角处进行了加密处理。生成网格后，使用HIDDEN命令对网格进行质量检查并修改，直到网

5、格质量得到保证。网格划分后，最终生成四面体单元72830个，节点数为13684。本次研究的连杆材料为钢，其材料特性如表1所示。表1连杆的材料特性弹性模量密度抗拉极限名称泊松比(Gpa)(kg／m3)(Mpa)连杆2180．287．82x1036002．2模态分析在ANSA软件中生成连杆有限元模型后，将模书0上u咒w蒜～l{品}；一产一处百p●翼李闯周栋蔡强王淼鑫：某柴油机连杆截止频率计算分析35型导入到ANSYS求解器中，进行边界条件的设定。在连杆大头孔处施加固定约束，运用分块兰索斯法对对连杆进行

6、模态分析，得到了连杆的前五阶固有频率如表2所示。表2连杆的前五阶固有频率阶次l2345固有频率179．68561．12624．31285．62442．0(HZ)2．3瞬态动力学分析在连杆小头孔施加向下的力，力的大小根据图计算得出。根据读取的载荷步文件，计算出连杆在最大爆发压力下的应力云图如图1所示，由图可以看出连杆的最大应力发生在连杆小头附近的杆身，其中2961号节点为危险点，应力值达到169Mp，远远小于连杆的屈服强度。图l连杆的应力五图图2危险点应力随频军的变化关系2．4谐响应分析任何持续的周

7、期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应，即谐响应。分析的目的是计算结构在一定频率范围下的响应，并得到响应对频率的曲线。从这些曲线上可以找到”峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的振幅。由前面的模态分析可知连杆的前5阶固有频率，因此为了保证计算结果的精确性，首先分析频率变化为0到100HZ时危险点2961号节点的应力变化，如图2所示。由图2可知应力值随截止频率的增大而增大，且增大的越来越快。但是对于该机型转速为1800rr／min，即频率为30HZ，该频率对应的应力值为162．32MP，远远小于材料

8、的屈服极限。所以该连杆的设计是合理的。在额定工况下也是能够安全运行的。前面模态叠加法的瞬态动力学分析得出该节点所受的最大应力值为161．655MP，随着频率的变化该应力值也越来越大。误差也越来越大。但是总体的误差小于l％，说明了虽然随着截止频率的增加，连杆的最大应力值也会增加，但是在截止频率内连杆的最大应力值远远小于连杆的屈服极限，证明了连杆结构设计的合理性。【-lO‘-¨fnO‘’S}1日■11，●"1⋯～■一“⋯2“⋯mQ⋯。磷⋯a图b图图3危险点应力随截止频率的变化关系为了分