发动机油底壳有限元分析

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1、发动机油底壳有限元分析现代汽车设计对减重和降低成本的需求越来越高，以往商用车用的发动机油底壳材料F都为钢或铸铝,而目前国夕卜先进的汽车制造商越来越倾向于塑料油底壳的硏发和生产。塑料油底壳不仅可以减少模具制造的费用，而且也省略了铝合金油底壳压铸后的机械加工工序，其生产成本应比铝合金油底壳低30%~40%。另外，塑料油底壳还因为集成了油道、吸油管、机油过滤器、单独的备用油口和防溅板等，进一步减少了空间占用、生产制造费用和装配费用。结构优化分析技术是一项新兴的设计方法,用于逬行概念设计和精细设计。它分为拓扑优化、形貌优化、形状优化和尺寸优化

2、，且所有优化类型可以进行组合。它可以在方案设计阶段给出零部件甚至车身原型合理的材料布局，减轻结构重量，以及合理的确定零件的一些参数和形状。通过这项技术，企业能缩短设计周期，提高产品性能，减少昂贵的样件生产和整车测试的次数。国外针对汽车底盘、发动机等零部件的优化分析和设计的研究及应用都已经比较成熟。国内目前仍处于理论研究阶段，各汽车厂家也极少实际应用此项技术。而且当前优化的软件还不成熟，需要更多的研究和实例应用。目前汽车行业竞争激烈，国内国外各大厂家都在使用或者关注优化技术，期望通过它来提升产品的竞争力。优化分析技术必将在未来几年得到快

3、速的发展。形貌优化是一种形状最佳化的方法，它可以用来设计薄壁结构的强化压痕。用来减轻结构的重量,同时又能满足强度、频率等要求。设定优化步骤简单,只需要定义一个设计区域、装饰条的最大深度和拉伸角。同时考虑到可加工形，软件还提供了多种压痕成型方式。优化后的结果还可以用FELAC工具产生的几何数据输入到CAD软件中，进行二次设计。以某商用年发动机塑料油底壳为硏究对象,应用形貌优化分析方法对其加强筋进行了优化布局分析,最终使其满足设计要求。结构疲劳分析的方法和应用在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料

4、中发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称为疲劳。由此，可以确定对结构进行疲劳设计的两个必要条件：1）扰动应力；2）足够多的循环。如过不具备这两个条件，设计过程中就没有必要考虑结构的疲劳问题。目前，对结构进行疲劳分析主要有两种途径:1）利用有限元分析软件直接对结构进行疲劳分析，最终求得结构的疲劳寿命;2）根据不同的疲劳工况，利用有限元软件分析计算出结构应力的变化，然后将其与利用规范计算出的许用疲劳应力相比较，看是否满足要求。对于前者，最为关键的是定义输入载荷谱或应力谱，而当结构的工况相对较为复杂时，载荷谱或应力谱的定义过程就相当于后者

5、的前期处理过程；同时，客户一般会在协议中指定结构设计计算时必须参考的标准规范，所以为了更好地满足客户的需求，建议结构疲劳计算时采用后者的方法。根据标准规范对结构进行疲劳分析时一般包括以下五个方面：1.疲劳载荷的确定结构所承受的载荷可以分为三种：1）基本载荷，主要指设备在正常工作情况下通常出现的载荷（如结构自重、物料载荷、永久性动载等）；2）附加载荷z主要指设备运行或停止时可能断续出现的载荷（如设备工作风载、摩擦阻力、运行阻力、非永久性动载等）；3）特殊载荷，是指在设备工作和非工作状态时不应产生，但又无法避免的载荷（如非工作风载、结构碰

6、撞、地震载荷等）。疲劳计算时只需考虑基本载荷，而且对于物料载荷或其它的基本载荷,有的标准规范中还规定了疲劳计算时载荷的缩小系数。2、循环次数的确定同一结构，所考虑的疲劳载荷不同时,其循环次数也不尽相同，这主要是因为不同的疲劳载荷产生的原因是不同的。例如,对于堆取料机来说，考虑物料载荷的扰动影响时是指传送皮带上物料的有无，而考虑永久性动载的扰动影响时则是指设备在工作过程中的正常启、制动，即便是同一结构的同一载荷，针对不同的工作工艺流程，其循环次数也是不同的。所以，设备的工作工艺流程是不同载荷循环次数计算的决定性因素。当载荷的循环次数确定

7、后，首先应该判断其对结构的循环扰动作用是否足够多，当循环次数N<103（104）（低周疲劳）时，无需对结构进行疲劳校核。3.构件焊接形式的选择工程中的钢结构多为焊接结构,构件的疲劳强度除取决于结构使用的材料外，还与接头的形状和制造方法密切相关。被连接件的形状和连接方法会影响到应力集中的形成，从而使构件的疲劳强度大为降低。不同的标准规范在经过大量试验的前提下,给出了针对不同的焊接接头形式的构件疲劳强度（图1,为AS4100-1998标准中所列举的针对载荷循环次数为2x106构件的焊接形式及其许用应力幅值，左边的数字便为其疲劳强度值，单位

8、为MPa）。因此，如何根据结构的实际焊接形式恰当地对照标准中的焊接类型来确定结构具体部分的疲劳强度值，也需要一定经验的积累。图1构件不同焊接形式的疲劳强度4・有限元计算时应力的取值结构按不同计算工况用有限软件计算完毕后，