基于断裂力学理论的连杆微动疲劳寿命研究

发布时间：2020-03-19 02:06

【摘要】：本文针对发动机连杆齿形面部位的微动疲劳损伤导致连杆被反复维修或提前报废的问题,提出两种寿命计算模型,即基于累积最大主应力准则的寿命计算模型和基于断裂力学理论的寿命计算模型。最后以连杆为工程算例,对一批失效连杆齿形配合面的损伤状态进行分析统计,结合三维准静态有限元子模型分析,利用最大主应力准则对单工况和累计工况下连杆齿形配合面损伤状态进行预测分析。基于分析结果,利用以上两种寿命计算方法进行连杆的微动寿命计算。最终分析讨论一系列有关连杆设计、工艺的参数对其齿形配合面微动疲劳损伤程度的影响并依此提出有效的损伤减缓建议。本文的主要工作内容及研究成果具体包括如下几个方面:1.基于剩余强度理论和最大主应力准则,提出累积最大主应力准则。该准则考虑了循环交变应力下材料的累积损伤,并且引入载荷块周期循环次数的时间概念,使其既可以用于结构表面损伤程度、裂纹萌生位置、角度的预测,也可以进行寿命计算。2.基于Paris公式,提出一种适用于多轴变幅疲劳应力状态下疲劳裂纹从萌生到扩展整个过程的全寿命计算模型。阐述全寿命模型中涉及的重要材料参数的推导方法。基于Matlab开发设计一种程序化、操作简便、计算效率高的GUI计算界面。3.以连杆为工程算例,对一批连杆失效部位进行损伤分析和统计,进行连杆三维准静态有限元子模型分析。基于数值分析结果,利用累积最大主应力准则预测裂纹萌生行为,判断裂纹萌生的最危险节点。分别运用两种寿命计算方法计算最危险节点的寿命,结果均与损伤统计结果相吻合。4.从改变工艺参数、改善表面质量、应用表面工程技术和优化齿形、螺栓结构等角度出发,提出能够有效降低连杆配合面结构微动疲劳损伤程度的措施,为提高连杆在实际工程应用中的安全可靠性提供理论指导。
【图文】：

图 1-3 曲柄连杆机构Figure 1-3 Crank and connecting rod mechanism其大端结构主要分为平切口式连杆和斜切口式连杆多地被用于中、高速柴油机中，能够较大程度地增加

图 1-4 斜切口式连杆Figure 1-4 Oblique-cut connecting rod4 所示的斜切口式柴油机连杆，，其大端被做成剖分式，盖和连杆体由四根螺栓紧固而紧密配合在一起。配合小端 大端
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.5

【参考文献】

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本文编号：2589532