某船用柴油机连杆螺栓有限元强度校核.pdf

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1、第33卷第6期2016年12月江苏船舶JIANGSUSHIPV01．33No．6Dec．2016某船用柴油机连杆螺栓有限元强度校核林玮(无锡市地方海事局，江苏无锡214043)摘要：以某V8柴油机为研究对象，依照设计图纸在ABAQus有限元计算软件中建立连杆装配体有限元模型，按实际接触关系定义接触对，一共定义了11个接触对，4个螺栓绑定约束。对连杆螺栓在2种极限工况下进行有限元计算，分别为气缸在最大爆发压力下的工况和连杆受最大拉力时的工况，并对计算结果根据第4强度理论进行强度校核。校核结果显示，疲劳安全系数大于许用安全

2、系数，该连杆螺栓在额定工况下是安全的。关键词：柴油机；连杆螺栓；有限元；强度计算中图分类号：U664．12l文献标志码：A0引言计算机辅助工程(CAE)在柴油机的研制过程中已经得到了广泛的应用。采用CAE技术能够显著提高柴油机研制的科学性，减少盲目性，从而提高研制效率。船用柴油机具有体积大、重量大的特点。在确保输出功率的前提下，为减少船用柴油机体积和重量，设计各个零部件时在满足强度要求的前提下，应尽量减少零部件的体积和重量。本文所校核的连杆螺栓为某船用V型8缸柴油机的连杆螺栓。由于柴油机的连杆螺栓受力比较复杂，难以用直

3、接计算法进行螺栓强度校核，因此，本文按照设计图纸，利用ABAQUS软件对柴油机的连杆建立连杆装配体有限元计算模型。对连杆螺栓在2种极限工况下进行有限元计算，分别为气缸在最大爆发压力下的工况和连杆受最大拉力时的工况。对计算结果根据第4强度理论进行强度校核。1柴油机及连杆螺栓相关参数本文研究的柴油机的基本参数见表1。连杆螺栓的规格为M20mm×100mm，材质为42CrMo。查阅GB／T3077—1999得到：42CrMo圆钢的强度极限盯b=1080MPa，屈服极限盯。=930MPa。通过数值计算，可以得出连杆螺栓在2种极

4、限工况下的载荷。2有限元计算模型2．1结构模型连杆有限元计算模型如图l所示。在建模时，收稿日期：2016J04JD4作者简介：林玮(1983一)，男，工程师，研究方向为振动与噪声控制。删除了一些倒角和油孑L，然后对处理好的几何实体进行网格划分，定义材料属性，对活塞销将在ABAQUS软件中采用分析刚体进行建模，以简化计算。有限元计算模型的网格划分很关键，单元的选择对计算的进程影响很大，若直接采用修正的2次4面体单元，基本上很难收敛。本文采用混合网格划分，在关键的接触面上尽量采用非协调单元C3D8I。表1计算中用到的柴油机

5、的主要参数爆发排气转速角速度活塞曲柄连杆连杆小压力质量半径长度头到质／MPh／MP8／(r·血一1)／(瑚d·s一1)心距离／kg／m14O．3150015746，．1370．567O．37图l连杆有限兀模型2．2边界条件对连杆身、活塞销、轴瓦限制其沿曲柄销轴向的位移，对曲柄销限制其所有方向的自由度。由于连杆是个装配体，不能按通常的有限元计算进行建模，因此本文对连杆装配体所有有接触的部件定义了接触对。螺栓、螺纹孔之间定义为绑定约束。2．3载荷的处理经过数值计算，得出柴油机在额定转速下连杆所受的所有载荷，其具体情况见表2

6、。在连杆有限元模型中，根据数值计算得出的载荷大小和实际受