39-连杆断裂应力仿真计算分析

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1、连杆断裂应力仿真计算分析欧阳光耀1，朱远龙2，易太连1（1.海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033）（2.湛江基地装修部4804厂监修室广东湛江524031）【摘要】连杆是柴油机的最重要部件之一，柴油机在运行过程中，如果出现连杆的突然断裂，这种情况是非常危险的，由此造成的后果也是非常严重的。因此，连杆应具有足够的疲劳强度来承受外界载荷的作用。本文运用有限元方法对某型柴油机的连杆进行了疲劳强度分析，对其连杆断裂原因进行了探讨。关键词：连杆疲劳强度有限元Thecalculationandanal

2、ysisonconnectingrodoffracturestressOuYangGuangyao1ZhuYuanlong2YiTailian1(1.PowerEng.College,NavalUniv.ofEngineering,WuHan430033,China）(2.OfficeofsupervisorrepairsinNo.4804factory,zhangjiang524031,China)Abstract:Connectingrodisoneofthemostimportantpart

3、sofdiesel.Itisverydangerouseventdieselenginewhileconnectingrodsuddenlybreaks.Theeffectisalsoveryseriousbytheconsequencefailure.Therefore,connectingrodmusthaveenoughfatiguestrengthtobearoutsideload.Thefatiguestrengthanalysisoftheconnectingrodincertaind

4、ieselhasbeencarriedoutbyusingtheFEA.Breakingreasonofconnectingrodhasbeendiscussedinthispaper.Keyword:Connectingrod,Fatiguestrength,FEA中图分类号：TK421文献标识码：A263图1连杆断裂图I-I为断裂面对运行中的柴油机连杆断裂原因进行分析。可用应用成熟的有限元程序直接进行。但由于船用柴油机连杆的尺寸比较大，同时，由于连杆螺钉与连杆之间的螺纹接触比较复杂，因此要全部

5、建立整个连杆以及螺纹的模型比较困难。为了合理设计和计算连杆包括螺纹在内的应力并分析连杆断裂的原因，本文拟将分析工作分为两步进行，第一步将连杆整体有限元初步计算分析，针对裂纹源计算它的疲劳强度储备；第二步着重细化分析连杆螺钉与连杆体由于二者刚度差异与螺纹形状对应力集中的影响。用第二步的计算结果对第一步计算结果进行修正。发生连杆断裂的某型船用柴油机，运行转速为920rpm，功率为3360kW。活塞组质量为52.4kg，连杆的质量为35.438kg，气缸内的最大气体爆炸压力为12.3Mpa，气缸内径为2

6、80mm。断口分析表明，连杆的断裂源位于连杆体螺纹根部，位于连杆体强度最大的部位，连杆的断裂图如图1所示，断裂面为I-I面。连杆材料为42CrMo合金结构钢。1连杆受力工况分析1.1最大受拉工况当活塞位于进气行程的上止点处，连杆处于最大受拉工况。此时，连杆体受到的载荷包括：小头孔上承受活塞组的惯性力、连杆惯性力、连杆与连杆螺钉之间的预紧力、进气时的气体压力。2631.2最大受压工况图2连杆简化后的模型当活塞位于燃烧膨胀行程的上止点处，连杆处于最大受压工况。此时，连杆体受到的载荷包括：活塞组的惯性力

7、、连杆惯性力、连杆小头上承受的燃气压力、连杆与连杆螺钉之间的预紧力。2连杆整体强度计算2.1模型的建立连杆体应力计算的首要步骤是根据连杆的实际尺寸建立起连杆的有限元模型。在建立连杆的有限元模型时，根据实际的需要，有必要做一些简化：（1）在建立连杆的模型时，将各种过度面圆弧化，圆弧尺寸尽量与实际加工图相同；图3连杆受拉工况受力图F1为连杆螺栓的预紧力；F2为连杆大端轴承盖的预紧力；F3为连杆大端轴承盖的剪切力图4连杆受压工况受力图F1为连杆螺栓的预紧力；F2为连杆大端轴承盖的预紧力；F3为总的压力（

8、2）连杆上有许多便于其安装的安装槽或孔，在建立连杆的模型时，将简化这些安装槽或孔；（3）连杆上安装连杆螺钉的螺纹孔将简化为圆柱面；（4）连杆与连杆大头轴承盖安装面之间的齿形面简化为平面；在对连杆体进行网格划分时，所选用的是10节点四面体SOLID92体元素。在整体上规定所划分的单元的边长为20mm，同时打开程序自动细化的控制功能，让程序决定在某些曲面变化较大的地方进行细化。网格划分最后得到单元有82954个。2.2边界条件的处理2.2.1最大拉工况下边界条件连杆的约束是通过对连杆小