某汽油机连杆疲劳寿命分析及结构优化

发布时间：2021-10-21 09:39

　　连杆作为曲柄连杆机构的重要活动构件,发动机能够正常运转离不开结构合理、性能稳定可靠的连杆。发动机在工作时,连杆与活塞销相连接,将活塞的往复直线运动所引起的往复惯性力转化为曲轴的旋转惯性力,连杆的工作环境必然决定了连杆将受到交替变化的拉应力和压应力,那么连杆必须具备足够的结构强度以及抗疲劳性能力。首先对连杆在工作时的运动情况以及整体受力情况进行分析,为连杆的载荷计算做好理论基础,进一步对发动机连杆的结构强度进行分析计算,同时完成对连杆在工作过程中的动态特性研究以及连杆的疲劳特性研究分析,最后对连杆进行轻量化的优化设计,最终得到不仅性能可靠、结构布局合理而且能够满足质量明显减轻、体积较小以及对连杆大、小头往杆身过渡区域处的应力集中现象能明显降低的连杆。本文以团队正向开发的2V86型汽油发动机的连杆组件为研究对象,对连杆杆身、连杆盖、上下轴瓦以及连杆螺栓等连杆组件根据二维图纸采用大型通用三维建模软件Pro/E进行实体数模。然后采用有限元前处理软件Hypermesh对连杆组件进行网格划分,然后针对代表性工况时连杆的受力、变形、疲劳强度等进行计算,本次研究主要在最大爆发压力、最大往复惯性力、螺栓... 

【文章来源】：重庆理工大学重庆市

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究目标、研究内容
    1.4 本章小结
2 连杆的运动与受力分析
    2.1 发动机基本参数
    2.2 发动机连杆的运动分析
        2.2.1 连杆的角位移
        2.2.2 连杆的角速度
        2.2.3 连杆的角加速度
    2.3 连杆受力分析
        2.3.1 螺栓预紧力的计算
        2.3.2 气体压力的计算
        2.3.3 往复惯性力的计算
    2.4 本章小结
3 连杆强度的有限元分析
    3.1 有限元法的基本理论
        3.1.1 单元位移模式
        3.1.2 应变矩阵
        3.1.3 单元刚度矩阵
    3.2 连杆的有限元求解
        3.2.1 连杆模型的建立
        3.2.2 连杆网格划分
        3.2.3 连杆材料属性的确定
    3.3 边界条件的施加
        3.3.1 装配工况下(预紧力工况)
        3.3.2 最大往复惯性力工况(最大拉伸工况)
        3.3.3 最大爆发压力工况下(最大压缩工况)
    3.4 本章小结
4 有限元计算结果分析
    4.1 装配工况
        4.1.1 装配工况下杆身和杆盖的应力分布
        4.1.2 上、下轴瓦背压分布
        4.1.3 装配工况下轴瓦变形
    4.2 最大压缩工况
        4.2.1 最大压缩工况下连杆应力分布
        4.2.2 最大压缩工况连杆位移变形
    4.3 最大拉伸工况
        4.3.1 最大拉伸工况连杆应力分布
        4.3.2 最大拉伸工况下连杆位移变形
    4.4 本章小结
5 连杆模态分析
    5.1 模态分析理论
    5.2 连杆模态有限元模型的建立与计算
    5.3 连杆模态计算结果分析
    5.4 本章小结
6 连杆的屈曲分析
    6.1 杆件屈曲强度计算
        6.1.1 Euler公式
        6.1.2 中柔度压杆屈曲强度计算
    6.2 连杆屈曲强度计算方法
        6.2.1 欧拉公式和直线公式组合
        6.2.2 极限应力法
    6.3 有限元法在连杆屈曲上的应用
    6.4 连杆进行线性屈曲分析
    6.5 本章小结
7 连杆疲劳分析
    7.1 疲劳理论基础
    7.2 连杆疲劳分析步骤
    7.3 结果处理与分析
    7.4 本章小结
8 连杆结构优化
    8.1 连杆结构优化概述
    8.2 连杆的优化设计分析
    8.3 连杆最优化设计模型
    8.4 连杆优化结果显示及分析
    8.5 本章小结
9 总结与展望
    9.1 总结
    9.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]某三缸发动机连杆有限元分析[J]. 牛彩云,陆金华,陈浩平.  装备制造技术. 2015(10)
[2]基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J]. 刘昌领,罗晓兰.  机械设计与制造. 2013(03)
[3]发动机连杆设计与制造现状及趋势[J]. 杨帆,续彦芳,高舒芳,刘军萍.  内燃机与配件. 2012(03)
[4]基于Catia的汽车发动机连杆静态分析[J]. 魏冠琳,王琳.  科技资讯. 2011(29)
[5]基于灵敏度分析的发动机连杆优化设计[J]. 许志,李芳.  机电工程. 2011(09)
[6]基于有限元法的柴油机连杆强度分析研究[J]. 范鑫,潘茂辉,张成松.  机械设计与制造. 2011(09)
[7]发动机连杆的有限元分析及结构优化[J]. 阮帅帅,谭丕强,崔淑华.  制造业自动化. 2011(10)
[8]基于ABAQUS的连杆有限元分析[J]. 郭涛,杨晓.  装备制造技术. 2010(07)
[9]连杆有限元计算边界条件研究[J]. 丁家松,李全,梁刚.  柴油机. 2010(03)
[10]汽车连杆的有限元模态分析[J]. 石建奎.  装备制造技术. 2009(06)

硕士论文
[1]12V280型柴油机连杆有限元强度分析[D]. 倪磊.大连交通大学 2014
[2]发动机连杆衬套及轴瓦的有限元接触分析[D]. 王鲁.青岛理工大学 2012
[3]基于有限元法的柴油机连杆动力学响应分析与研究[D]. 徐燕茹.中北大学 2012
[4]发动机连杆静动态强度CAE仿真分析[D]. 朱小平.浙江大学 2012
[5]柴油机连杆应力和变形的计算与实验研究[D]. 马军彦.哈尔滨工程大学 2010



本文编号：3448726