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1、图1连杆有限元模型发动机连杆疲劳强度有限元分析李春玲(上海柴油机股份有限公司,上海200438)摘要运用ABAQUS软件,对发动机连杆疲劳强度进行分析。采用接触非线性分析方法,对连杆在装配、最大爆发压力和最大惯性力3种工况下的应力进行求解计算;采用FORTRAN语言编写ABAQUS用户子程序,疲劳应力计算。对最大爆发压力工况和最大惯性力工况下的应力进行等效转化Abstract:Thispaperpresentsthefatiguestrengthanalysisondieselengineconnectingrodby
2、usingABAQUSsoftware.Firstly,connecting-rod′sstressesunderassemblyload,maxcompressionloadandmaxtensileloadwerecalculatedrespectivelybynon-linercontactmethod.ThenausersubroutineofABAQUSwasmadewithFortrantodeterminefatiguestressesbyequivalentconversionofthecalculat
3、edstressesundermaxcompressionloadandmaxtensileload.关键词:连杆接触疲劳ABAQUSKeywords:connectingrod,contact,fatigue,ABAQUS1前言连杆作为发动机的核心传力部件,在运行过程中,承受着由燃气压力和惯性力共同作用产生的拉、压交变载荷,处于疲劳应力状态。一旦连杆断裂,将使整机受到严重破坏。因此,连杆设计时除了必须有足够的结构刚度和强度外,还必须考虑连杆的疲劳强度。本文以简化的应力极限Goodman图为理论基础,在ABAQUS软件
4、中,采用U-VARM子程序接口,通过Fortran语言编程,实现了连杆的转化疲劳应力EFR(EquivalentFullyReversedStress)的计算方法。2有限元模型如图1,连杆有限元模型包括:连杆体、连杆盖、上下轴瓦、衬套、连杆螺栓、活塞销、曲轴。由于连杆的结构对称性,因此只取一半连杆做计算。螺栓采用四面体与五面体相结合的方法,加载螺栓预紧力;衬套、轴瓦、活塞销采用8结点六面体单元;连杆体、连杆盖采用10结点四面体单元。3边界条件本次强度分析共计算了三个工况:最大爆发压力工况和最大惯性力工况。装配工况、来稿
5、日期:2007-3-2作者简介:李春玲(1979-),女,本科,主要研究方向为结构强度分析。(65)-9-图2装配工况下连杆应力分布图3最大爆发压力工况下连杆应力分布图4最大惯性力工况下连杆应力分布图5简化的应力极限Goodman图3.1装配工况在连杆与衬套之间、上下轴瓦之间分别施加图纸规定的过盈量,并将螺栓预紧力矩转化为轴向拉力后施加到螺栓上。其余零件根据装配关系定义面对面接触。在对称面上施加对称约束,曲轴外端固定约束。3.2最大爆发压力工况在连杆体及连杆盖上施加往复加速度及摆动角速度。在活塞销外端面施加由于最大爆发
6、压力和活塞组惯性力产生的活塞对连杆的作用力。保持装配工况的作用力和约束条件。3.3最大惯性力工况在连杆体及连杆盖上施加往复加速度及摆动角速度,同最大爆发压力工况。在活塞销外端面施加由于活塞组惯性力产生的活塞对连杆的作用力。保持装配工况的作用力和约束条件。求。5疲劳强度计算5.1疲劳评价方法采用ABAQUS用户子程序计算2个工况生成疲劳数据。以Goodman曲线为原理,输入主应力或Mises应力,利用平均应力和应力幅在各轴向的投影计算出EFR应力。第四强度理论认为形状改变比能引起屈服是零件产生失效的主要原因,即VonMi
7、ses应力超过一4强度计算结果及分析3种工况下,连杆的应力分布情况见图2~4。定限值就会产生屈服,此强度理论主要用于碳钢等在装配工况下,最大应力(VonMises应力)塑性材料。对应EFR值,采用应力幅张量的VonMises。出现在连杆小头内侧,为305MPa;最大爆发压力工况下,最大应力位于连杆小头靠近杆身侧,为5.1.1平均应力和应力幅的计算390MPa;最大惯性力工况下,最大应力位于连杆=∑b+∑a∑mean2小头内侧,为308MPa。三种工况下的最大应力均∑alt=∑b-∑a小于屈服极限785MPa,因此,连杆
8、强度是满足要2式中:∑a——工况1的各节点的应力张量∑b——工况2的各节点的应力张量Σmean——各节点平均应力的应力张量Σalt——各节点应力幅的应力张量Σ——应力张量,{Si,Sj,Sk,τij,τjk,τki}5.1.2EFR应力计算方法即可用简化的应力极限Goodman图来计算EFR具体见图5。值[1],-10-(66)图
