基于ANSYS對(duì)柴油機(jī)連桿受拉工況有限元分析【含有限元】【說明書+CAD+PROE】,含有限元,說明書+CAD+PROE,基于ANSYS對(duì)柴油機(jī)連桿受拉工況有限元分析【含有限元】【說明書+CAD+PROE】,基于,ansys,對(duì)于,柴油機(jī),連桿,工況,有限元分析,有限元,說明書,仿單,cad 按 語 連 桿 的 強(qiáng) 度 對(duì) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 性 能 有 非 常 大 的 影 響 ,在 連 桿 設(shè) 計(jì) 過 程 中 必 須 對(duì) 連 桿 的 強(qiáng) 度 進(jìn) 行 考 核 。 通 過 有 限 元 技 術(shù) 對(duì) 連 桿 的 強(qiáng) 度 進(jìn) 行 校 核 可 以 快 速 方 便 的 得 到 結(jié) 構(gòu) 的 具 體 應(yīng) 力 分 布 變 形 等 ,從 而 為 設(shè) 計(jì) 提 供 理 論 指 導(dǎo) 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 連 桿 的 三 維 有 限 元 分 析 研 究 胡 冬 青 (淮 北 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 ,安 徽 淮 北 235000) 摘 要 以 某 型 號(hào) 連 桿 為 例 ,在 hypermesh中 對(duì) 連 桿 模 型 進(jìn) 行 了 網(wǎng) 格 劃 分 ,對(duì) 劃 分 好 的 有 限 元 模 型 導(dǎo) 入 到 abaqus中 進(jìn) 行 計(jì) 算 ,在 既 定 工 況 得 到 連 桿 的 應(yīng) 力 及 變 形 等 ,通 過 分 析 表 明 該 連 桿 滿 足 設(shè) 計(jì) 需 求 。 關(guān) 鍵 詞 連 桿 強(qiáng) 度 有 限 元 技 術(shù) 中 圖 分 類 號(hào) S220 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 0517 - 6611 (2009) 14 - 06458 - 03 Three D im ensiona l F in ite Elem ent Ana lysis of Engine Connecting Rod HU D ong2qing (Huaibei Vocational Technical College, Huaibei, Anhui 235000) Abstract Taking some type connecting rod as example, mesh generation of connecting rod model was carried out in Hypermesh, and the fi2 nite element model was calculated in Abaqus. The resultswere obtained on the vested working condition, and the result showed that the design of the connecting rod can meet the requirement. Key words Connecting rod; Strength; Finite element technology 作 者 簡(jiǎn) 介 胡 冬 青 (1976 - ) ,女 ,安 徽 碭 山 人 ,碩 士 , 講 師 ,從 事 汽 車 系 統(tǒng) 動(dòng) 力 學(xué) 與 控 制 研 究 。 收 稿 日 期 2009204207 內(nèi) 燃 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 基 本 形 式 是 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) ,由 活 塞 、 連 桿 和 曲 軸 三 大 構(gòu) 件 組 成 。 因 此 對(duì) 連 桿 進(jìn) 行 分 析 對(duì) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 正 常 工 作 及 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 性 能 非 常 必 要 。 在 實(shí) 際 工 作 過 程 中 連 桿 的 受 力 比 較 復(fù) 雜 ,因 此 文 中 分 3個(gè) 工 況 對(duì) 其 進(jìn) 行 分 析 即 預(yù) 緊 工 況 、 最 大 爆 壓 工 況 及 最 大 轉(zhuǎn) 速 工 況 下 的 應(yīng) 力 及 變 形 情 況 1 。 首 先 需 要 考 慮 到 慣 性 工 況 下 連 桿 的 運(yùn) 動(dòng) 情 況 和 爆 壓 工 況 下 的 受 力 情 況 。 1 連 桿 機(jī) 構(gòu) 受 力 分 析 1. 1 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 加 速 度 2 - 3 圖 1為 曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 示 意 圖 ,從 圖 1中 可 以 看 出 活 塞 位 移 的 公 式 為 : 圖 1曲 柄 連 桿 機(jī) 構(gòu) 示 意 F ig. 1 Schema tic d iagram of crank connecting rod mechan ism x = R +L - Lcos - R cos (1) 其 中 , 為 曲 柄 轉(zhuǎn) 角 ; 為 連 桿 軸 線 在 其 擺 動(dòng) 平 面 內(nèi) 偏 離 氣 缸 中 心 線 的 角 度 。 同 時(shí) 令 曲 柄 半 徑 與 連 桿 的 長(zhǎng) 度 比 為 ,即 = R /L。 從 而 (1)式 可 變 為 : x = R (1 - cos ) +L (1 - 1 - 2 sin2 ) 從 位 移 公 式 可 以 得 到 活 塞 的 加 速 度 為 : a = d 2 x dt2 = R 2 cos( + ) cos + cos2 cos3 根 據(jù) 二 項(xiàng) 式 定 理 ,取 前 兩 階 對(duì) 原 方 程 進(jìn) 行 簡(jiǎn) 化 得 到 : a = R 2 cos + R 2 cos2 (2) 其 中 , 為 轉(zhuǎn) 速 。 1. 2 連 桿 組 加 速 度 對(duì) 于 連 桿 組 ,可 令 其 為 二 質(zhì) 量 系 統(tǒng) , 即 質(zhì) 量 集 中 于 大 小 頭 兩 端 ,根 據(jù) 質(zhì) 量 等 效 原 則 ,兩 者 到 質(zhì) 心 處 的 關(guān) 系 為 : mcp (L - b) =mcr b 同 時(shí) : m =mcp +mcr 因 此 作 用 在 連 桿 組 質(zhì) 心 上 的 加 速 度 可 以 寫 成 : am = 1m (mcp acp +mcr acr ) = R 2 (1 + bL ) (3) 1. 3 爆 壓 力 缸 內(nèi) 氣 體 壓 力 作 用 在 活 塞 頂 部 傳 遞 給 連 桿 組 ,因 此 氣 體 壓 力 需 要 分 解 成 沿 連 桿 桿 身 方 向 和 作 用 于 缸 壁 的 側(cè) 向 力 ,因 此 連 桿 桿 身 作 用 的 氣 體 力 可 以 寫 成 : P = Pg 4 D2 cos (4) 其 中 , P g為 氣 體 爆 壓 力 。 2 有 限 元 模 型 的 建 立 建 立 有 限 元 過 程 中 ,考 慮 到 連 桿 組 件 是 對(duì) 稱 結(jié) 構(gòu) ,建 模 過 程 中 可 以 采 用 1 /2或 者 1 /4模 型 進(jìn) 行 有 限 元 建 模 。 文 中 采 用 全 模 型 進(jìn) 行 建 模 ,所 有 部 件 用 二 階 四 面 體 單 元 進(jìn) 行 建 模 , 考 慮 到 連 桿 組 件 各 個(gè) 部 分 的 接 觸 處 理 ,因 此 采 用 C3D10M單 元 進(jìn) 行 模 擬 。 如 圖 2所 示 對(duì) 各 接 觸 面 采 用 接 觸 對(duì) 進(jìn) 行 模 擬 , 同 時(shí) 對(duì) 軸 瓦 跟 曲 軸 的 接 觸 中 ,采 用 剛 性 面 模 擬 曲 軸 ,從 而 減 小 模 型 規(guī) 模 3 - 4 。 劃 分 網(wǎng) 格 過 程 中 ,對(duì) 接 觸 平 面 應(yīng) 盡 量 網(wǎng) 格 對(duì) 應(yīng) ,如 此 可 以 加 快 計(jì) 算 收 斂 速 度 ,節(jié) 約 計(jì) 算 資 源 ,建 立 的 模 型 見 圖 3。 責(zé) 任 編 輯 王 淼 責(zé) 任 校 對(duì) 張 士 敏安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) , Journal of Anhui Agri. Sci. 2009, 37 (14) : 6458 - 6460 圖 2 連 桿 有 限 元 模 型 F ig. 2 M odel of connecting rod f in ite elemen t 圖 3 連 桿 組 件 構(gòu) 成 示 意 F ig. 3 Schema tic diagram of connecting rod composition consti2 tution 3 工 況 設(shè) 計(jì) 3. 1 裝 配 工 況 該 工 況 包 括 螺 栓 預(yù) 緊 力 裝 配 工 況 、 軸 瓦 過 盈 裝 配 工 況 及 襯 套 過 盈 裝 配 工 況 。 一 般 螺 栓 預(yù) 緊 力 的 模 擬 有 施 加 靜 態(tài) 力 和 采 用 彈 性 變 形 恢 復(fù) 力 兩 種 方 法 進(jìn) 行 模 擬 ,在 文 中 根 據(jù) 國(guó) 標(biāo) 查 出 相 應(yīng) 螺 栓 類 型 的 預(yù) 緊 力 進(jìn) 行 靜 態(tài) 加 載 方 式 進(jìn) 行 模 擬 ;對(duì) 于 軸 瓦 和 襯 套 的 過 盈 裝 配 采 用 abaqus里 面 的 接 觸 對(duì) 過 盈 配 合 方 式 進(jìn) 行 模 擬 4 。 3. 2 爆 壓 工 況 在 做 功 行 程 中 ,連 桿 受 到 由 活 塞 、 活 塞 銷 處 傳 來 的 燃 氣 壓 力 ,分 析 過 程 中 取 最 大 爆 發(fā) 壓 力 ,對(duì) 連 桿 而 言 , 爆 壓 力 應(yīng) 作 用 于 活 塞 銷 上 ,如 圖 4所 示 ,將 作 用 力 表 面 的 節(jié) 點(diǎn) 用 rbe2連 接 ,集 中 力 施 加 于 rbe2主 點(diǎn) 上 ,施 加 力 的 大 小 由 式 (4)求 得 。 此 處 最 大 爆 壓 力 為 16 MPa。 圖 4 爆 壓 力 施 加 方 式 示 意 F ig. 4 Schema tic d iagram of explosive pressure applied method 3. 3 慣 性 力 工 況 根 據(jù) 式 (2)可 知 當(dāng) 曲 柄 轉(zhuǎn) 角 為 0時(shí) 活 塞 到 達(dá) 上 止 點(diǎn) ,此 時(shí) 連 桿 受 到 最 大 慣 性 力 作 用 ,加 載 中 以 體 積 力 的 方 式 施 加 在 連 桿 組 件 單 元 上 ,根 據(jù) 式 (2)可 知 力 的 大 小 由 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 決 定 。 4 結(jié) 果 與 分 析 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 給 連 桿 組 件 各 部 分 賦 材 料 屬 性 ,其 中 連 桿 的 材 料 為 42 CrMoA,其 屈 服 極 限 為 780 MPa。 以 最 高 轉(zhuǎn) 速 6 000 r/m in,最 大 爆 壓 力 16 Mpa對(duì) 連 桿 進(jìn) 行 計(jì) 算 。 得 到 各 個(gè) 工 況 下 的 應(yīng) 力 及 變 形 分 布 如 圖 5 10所 示 從 圖 中 可 以 看 出 裝 配 圖 5 裝 配 工 況 下 的 應(yīng) 力 分 布 F ig. 5 Stress d istribution under a ssembling condition 圖 6 裝 配 工 況 下 的 變 形 分 布 F ig. 6 Deformation distribution under assembling condition 圖 7 爆 壓 工 況 下 的 應(yīng) 力 F ig. 7 Stress under explosive pressure cond ition 圖 8 爆 壓 工 況 下 的 變 形 F ig. 8 Deformation under explosive pressure condition 954637卷 14期 胡 冬 青 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 連 桿 的 三 維 有 限 元 分 析 研 究 圖 9 慣 性 力 工 況 下 的 應(yīng) 力 F ig. 9 Stress under inertia force condition 圖 10 慣 性 力 工 況 下 的 變 形 F ig. 10 D eformation under inertia force cond ition 工 況 下 的 應(yīng) 力 最 大 ,其 最 大 值 為 530 Mpa,該 值 小 于 連 桿 材 料 的 屈 服 極 限 ,滿 足 強(qiáng) 度 要 求 。 各 工 況 下 的 應(yīng) 力 集 中 區(qū) 域 如 圖 中 圓 圈 所 示 ,這 些 區(qū) 域 可 能 會(huì) 形 成 疲 勞 源 從 而 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 造 成 破 壞 ,設(shè) 計(jì) 中 對(duì) 這 些 區(qū) 域 應(yīng) 加 以 關(guān) 注 。 從 圖 中 可 看 出 最 大 變 形 發(fā) 生 在 爆 壓 工 況 下 ,此 時(shí) 的 最 大 位 移 量 為 0. 214 mm,此 時(shí) 連 桿 的 應(yīng) 力 最 大 為 493 MPa,小 于 材 料 屈 服 極 限 ,因 此 此 時(shí) 的 變 形 為 彈 性 變 形 ,當(dāng) 外 力 卸 載 后 連 桿 變 形 能 自 動(dòng) 恢 復(fù) ,因 此 變 形 不 妨 礙 油 膜 的 形 成 ,各 個(gè) 工 況 連 桿 均 滿 足 靜 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 要 求 。 5 結(jié) 論 有 限 元 分 析 過 程 中 采 用 小 滑 移 彈 性 接 觸 模 型 進(jìn) 行 分 析 , 提 高 了 模 型 的 收 斂 性 。 有 限 元 分 析 結(jié) 果 表 明 連 桿 在 各 個(gè) 工 況 下 滿 足 靜 強(qiáng) 度 要 求 。 同 時(shí) 通 過 有 限 元 進(jìn) 行 仿 真 分 析 ,便 于 發(fā) 現(xiàn) 設(shè) 計(jì) 中 存 在 的 缺 陷 ,可 以 有 效 的 縮 短 開 發(fā) 周 期 ,因 此 對(duì) 工 程 設(shè) 計(jì) 具 有 指 導(dǎo) 意 義 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 呂 彩 燕 ,蘇 鐵 熊 . 柴 油 機(jī) 連 桿 的 有 限 元 疲 勞 度 分 析 J . 華 北 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) , 2002, 23 (1) : 15 - 191 2 鄭 啟 福 .內(nèi) 燃 機(jī) 動(dòng) 力 學(xué) M .北 京 :國(guó) 防 工 業(yè) 出 版 社 , 1991. 3 余 成 波 ,何 懷 波 ,石 曉 輝 .內(nèi) 燃 機(jī) 振 動(dòng) 控 制 及 應(yīng) 用 M .北 京 :國(guó) 防 工 業(yè) 出 版 社 , 1997. 4 莊 茁 ,張 帆 ,岑 松 . ABAQUS非 線 性 有 限 元 分 析 與 實(shí) 例 M .北 京 :科 學(xué) 出 版 社 , 2004. 5 石 亦 平 ,周 玉 蓉 . ABAQUS有 限 元 分 析 實(shí) 例 詳 解 M .北 京 :機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 , 2006. (上 接 第 6435頁 ) 即 淋 澆 定 根 水 。 有 缺 苗 要 及 時(shí) 補(bǔ) 栽 ,補(bǔ) 苗 后 ,要 進(jìn) 行 一 次 中 耕 除 草 ,使 表 土 疏 松 ,保 持 下 部 土 壤 濕 潤(rùn) ,促 進(jìn) 幼 苗 根 系 深 扎 。 隨 后 ,根 據(jù) 條 件 追 施 ,以 提 高 開 花 和 結(jié) 果 量 19 。 5. 2 病 蟲 害 防 治 諸 葛 菜 的 病 蟲 害 少 ,偶 有 蚜 蟲 、 紅 蜘 蛛 及 銹 病 危 害 。 防 治 方 法 :合 理 密 植 ;平 時(shí) 要 加 強(qiáng) 肥 水 管 理 ,增 強(qiáng) 植 株 抗 病 能 力 ,減 少 發(fā) 病 率 ;在 發(fā) 病 初 期 噴 1 1 100的 波 爾 多 液 進(jìn) 行 防 治 。 蚜 蟲 防 治 方 法 是 在 蟲 害 發(fā) 生 期 噴 40%樂 果 乳 油 1 500 2 000倍 液 。 防 治 紅 蜘 蛛 可 用 殺 螨 靈 19 。 6 結(jié) 語 (1)目 前 ,諸 葛 菜 的 研 究 工 作 主 要 集 中 在 其 作 為 油 料 、 食 用 、 營(yíng) 養(yǎng) 等 方 面 20 ,而 其 植 株 內(nèi) 具 有 生 物 活 性 的 物 質(zhì) 成 分 至 今 還 沒 有 更 為 詳 細(xì) 的 報(bào) 道 ,僅 已 知 其 含 有 黃 酮 類 化 合 物 。 因 此 ,探 討 諸 葛 菜 中 藥 用 有 效 成 分 ,研 究 分 析 其 中 的 黃 酮 類 化 合 物 成 分 ,能 為 進(jìn) 一 步 綜 合 開 發(fā) 利 用 這 一 野 生 植 物 資 源 提 供 科 學(xué) 依 據(jù) 。 (2)諸 葛 菜 在 城 市 綠 化 方 面 也 具 有 很 廣 的 應(yīng) 用 前 景 。 其 適 應(yīng) 性 強(qiáng) ,生 命 力 頑 強(qiáng) ,并 且 能 快 速 繁 殖 ,如 果 大 面 積 種 植 , 可 以 有 效 地 減 少 揚(yáng) 塵 的 發(fā) 生 。 (3)由 于 諸 葛 菜 的 維 生 素 、 礦 物 質(zhì) 、 蛋 白 質(zhì) 等 含 量 豐 富 。 可 在 前 人 研 究 的 基 礎(chǔ) 上 更 深 入 地 開 展 諸 葛 菜 的 人 工 栽 培 工 作 ,從 而 為 農(nóng) 產(chǎn) 品 增 加 一 個(gè) 新 的 蔬 菜 品 種 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 周 太 炎 .諸 葛 菜 屬 ,中 國(guó) 植 物 志 M .北 京 :科 學(xué) 出 版 社 , 1987. 2 江 蘇 植 物 所 .諸 葛 菜 屬 ,江 蘇 植 物 志 M .南 京 :江 蘇 科 學(xué) 出 版 社 , 1982. 3 趙 培 潔 ,肖 建 中 .諸 葛 菜 ,中 國(guó) 野 菜 資 源 學(xué) M .北 京 :中 國(guó) 環(huán) 境 科 學(xué) 出 版 社 , 2006. 4 韋 武 青 ,田 麗 敏 .觀 賞 蔬 菜 諸 葛 菜 J .蔬 菜 , 2007 (6) : 8. 5 謝 寅 堂 ,王 瑪 麗 ,趙 桂 仿 .諸 葛 菜 屬 ,西 安 植 物 志 M .西 安 :陜 西 科 學(xué) 技 術(shù) 出 版 社 , 2007. 6 任 全 進(jìn) ,于 金 平 ,張 廣 倫 .諸 葛 菜 資 源 的 綜 合 利 用 J .中 國(guó) 野 生 植 物 資 源 , 1998, 17 (2) : 24 - 25. 7 高 明 乾 ,盧 龍 門 .植 物 古 漢 名 圖 考 M .鄭 州 :大 象 出 版 社 , 2006. 8 羅 鵬 ,鐘 蓉 ,吳 沿 友 . 諸 葛 菜 種 質(zhì) 資 源 的 評(píng) 價(jià) 和 研 究 J . 作 物 品 種 資 源 , 1995 (1) : 16 - 18. 9 曹 熙 德 ,李 子 先 .油 菜 品 質(zhì) 改 良 的 重 要 天 然 遺 傳 資 源 -諸 葛 菜 利 用 前 景 展 望 J .天 然 產(chǎn) 物 研 究 與 開 發(fā) , 1989, 1 (2) : 71 - 74. 10 吳 建 忠 .諸 葛 菜 的 特 性 和 在 綠 化 中 的 應(yīng) 用 J .切 磋 交 流 , 2000 (2) : 20 - 20. 11 WU Y Y,L I P P, ZHAO Y G. Study on photosynthetic characteristics of O rychophragm us violaceus related to shadeOtolerance J . Scientia Horti2 culturae, 2007, 113 (2) : 173 - 176. 12 羅 鵬 ,黃 邦 全 ,藍(lán) 澤 蘧 .菜 用 諸 葛 菜 的 研 究 J .四 川 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) :自 然 科 學(xué) 版 , 1998, 35 (4) : 638 - 640. 13 馬 成 亮 .諸 葛 菜 J .特 種 經(jīng) 濟(jì) 動(dòng) 植 物 , 2002 (4) : 26. 14 翁 德 寶 ,汪 海 峰 ,翁 佳 穎 .諸 葛 菜 莖 葉 中 黃 酮 類 化 合 物 的 研 究 J . 中 國(guó) 野 生 植 物 資 源 , 2000, 19 (5) : 13 - 15. 15 王 欣 ,李 向 ,王 慶 紅 .諸 葛 菜 中 黃 酮 類 化 合 物 提 取 方 法 和 抗 氧 化 性 研 究 J .安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) , 2007, 35 (27) : 8667 - 8669. 16 王 欣 ,夏 新 奎 ,徐 固 華 .微 波 輔 助 萃 取 諸 葛 菜 中 的 總 黃 酮 研 究 J . 安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) , 2007, 35 (22) : 6705 - 6706. 17 余 宏 軍 ,蔣 衛(wèi) 杰 ,孫 奐 明 .十 九 種 稀 特 蔬 菜 的 營(yíng) 養(yǎng) 價(jià) 值 J .北 方 園 藝 , 2008 (8) : 52 - 56. 18 吳 沿 友 ,蔣 九 余 ,帥 世 文 .諸 葛 菜 的 營(yíng) 養(yǎng) 成 分 分 析 J .中 國(guó) 油 料 , 1997, 19 (4) : 22 - 23. 19 路 洪 順 ,劉 鑫 軍 ,劉 建 敏 .諸 葛 菜 的 利 用 與 栽 培 J .特 種 經(jīng) 濟(jì) 動(dòng) 植 物 , 2002 (7) : 38 - 38. 20 王 雁 ,彭 鎮(zhèn) 華 .二 月 蘭 的 多 用 途 開 發(fā) 與 城 市 綠 化 應(yīng) 用 J .中 國(guó) 城 市 林 業(yè) , 2006, 4 (3) : 39 - 41. 0646 安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2009年