一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法技术

本发明专利技术公开了一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法，属于发动机连杆领域，所述的分析方法包括步骤

【技术实现步骤摘要】
一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法


[0001]本专利技术属于发动机连杆领域，更具体的说涉及一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法
。

技术介绍

[0002]连杆作为汽车发动机核心部件，连杆在工作中承受由燃气压力和惯性力的共同作用产生拉
、
压交变载荷，在力的作用下，应避免杆身显著压弯而导致活塞相对于气缸
、
衬套相对于轴径发生歪斜，因此需考虑连杆的屈曲稳定性，同时，应避免连杆大小头孔的显著变形而导致与轴承无法正常地配合，因此需评估大小孔的变形，连杆受到交变应力作用，在局部区域还会产生应力集中，因此需对关键部件进行应力校核
、
疲劳分析
。
[0003]目前传统的分析方法，有连杆二维变厚度有限元计算模型：由于连杆结构及载荷基本是对称均匀分布的，可以简化为平面应力问题来处理，而对于过渡圆弧，连杆大头螺孔及连杆盖加强筋等部位的单位，采用按截面面积等效原则，确定该部位各单元的当量厚度，但按照此方法计算量大且复杂
。
新增一种基于
CAE
有限元分析软件对连杆进行强度分析是非常有意义的
。
[0004]连杆在工作中承受由燃气压力和惯性力的共同作用产生拉
、
压交变载荷，因此其处于疲劳应力状态
。
连杆的强度分析是燃油机设计中的重要内容，连杆的有限元分析经历了从二维到三维，从简化模型到装配模型的过程
。
在传统的分析方法基础上，利用
NX
>三维建模软件建立连杆整体的三维模型，并将其导入有限元软件进行网格精细划分
、
边界条件加载
、
创建静力分析步
、
提交计算
。
连杆强度分析需重点考察：变形结果
、
应力结果
、
屈曲分析以及疲劳安全系数等几个方面
。

技术实现思路

[0005]本专利技术专利采用三维有限元分析技术，设计人员在产品的设计定型或生产之前，就可以更为准确地预测产品的性能，有利于提高产品质量，降低设计成本，缩短产品投放市场的时间
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：所述的分析方法包括步骤
1、
分析前预处理，是指网格划分，将分析对象按照一定的尺寸和比例划分成连续
、
无断点的网格单元；步骤
2、
建立有限元分析模型；步骤
3、
赋予材料属性，创建几何模型的材料
、
材料属性，并赋予网格材料属性；步骤
4、
对有限元模型进行求解；步骤
5、
提交分析报告
。
[0007]进一步地，所述的步骤
2、
建立有限元分析模型包括如下模型：（1）变形表达式（位移表示）；（1）
其中，
u
表示每个节点的位移向量，
n
为节点数量；（2）应变
‑
位移关系；在线性弹性情况下，应变（
ε
）和位移（
u
）之间的关系根据胡克定律表示为：（2）其中，
ε
表示每个节点的应变向量，
B
为应变与位移的矩阵；（3）应力
‑
应变关系：在线性弹性情况下，应力（
σ
）和应变（
ε
）之间的关系可以通过材料的弹性模量（
E
）和泊松比（
ν
）表示为：（3）其中，
σ
表示每个节点的应力向量，
C
为应力与应变的矩阵；（4）单元刚度矩阵（
K
）单元刚度矩阵描述了单元的刚度特性
。
对于线性弹性问题，单元刚度矩阵可以通过以下公式计算：（4）其中，
B
为应变与位移的矩阵，
C
为应力与应变的矩阵；（5）全局刚度矩阵（）：将所有单元的刚度矩阵组合起来，可以得到整个系统的刚度矩阵；（5）其中，表示每个单元的刚度矩阵；（6）荷载向量（
F
）荷载向量包括施加在结构上的外力和约束条件
。
可以将外力表示为荷载向量
F
，约束条件表示为位移边界条件；（6）其中，
F
表示每个节点上的外力向量；（7）位移解向量（
u
）通过解全局刚度矩阵和荷载向量的线性方程组，可以得到位移解向量
u
，即每个节点的位移值；（7）（8）应力计算：根据位移解向量和单元刚度矩阵，可以计算每个单元的应力
;
（8）
。
[0008]进一步地，所述的步骤
4、
对有限元模型进行求解详细过程如下：
S401
设置接触对
;S402
设置边界条件
;S403
求解方程；
S404
结果后处理
。
[0009]进一步地，所述的
S401
设置接触对，是将所有接触平面识别出来，并创建接触平面，接触面设置好后，依次建立接触对，并选择主从面
。
[0010]进一步地，所述的
402
设置边界条件，确定模型的边界条件和加载方式，包括施加在材料上的力和约束条件
。
[0011]进一步地，所述的
S403
求解方程：
a
组装系统刚度矩阵：将每个单元的刚度矩阵组装成整个系统的刚度矩阵，通过按照单元连接节点将单元刚度矩阵的贡献叠加到系统刚度矩阵中来实现；
b. 应用边界条件：根据约束条件和边界条件，对系统刚度矩阵和载荷向量进行相应的修改，通过将约束节点的行和列设置为零，以及将约束节点的位移设置为已知值来实现
。
[0012]c. 求解线性方程组：解决修改后的线性方程组，得到位移解向量，使用各种数值方法雅可比迭代法进行求解
。
[0013]进一步地，所述的
S404
结果后处理：
a. 应力计算：根据位移解向量和单元刚度矩阵，计算每个单元的应力，应力计算可以在每个单元上进行，也可以通过插值方法得到整个结构的应力分布
。
[0014]b. 变形计算：利用位移解向量和几何信息计算每个节点的变形量和位移场
。
[0015]本专利技术有益效果：（1）本专利技术对发动机连杆进行结构静力学分析，一方面通过验证连杆结构方案的可行性并分析方案的优劣，选择到更简单
、
更合理的方案，另一方面，可以验证连杆的强度，考察结构的可靠性
。
对连杆进行强度分析，然后根据分析结果判断是否满足工作要求
。
[0016]（2）采用曲柄连杆结构受力理论与计算机辅助工程（
CAE
）仿真技术结合，对连杆结构的应力强度
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法，其特征在于：所述的分析方法包括步骤
1、
分析前预处理，是指网格划分，将分析对象按照一定的尺寸和比例划分成连续
、
无断点的网格单元；步骤
2、
建立有限元分析模型；步骤
3、
赋予材料属性，创建几何模型的材料
、
材料属性，并赋予网格材料属性；步骤
4、
对有限元模型进行求解；步骤
5、
提交分析报告
。2.
根据权利要求1所述的一种发动机连杆强度及疲劳安全系数分析方法，其特征在于：所述的步骤
2、
建立有限元分析模型包括如下模型：（1）变形表达式（位移表示）；（1）其中，
u
表示每个节点的位移向量，
n
为节点数量；（2）应变
‑
位移关系；在线性弹性情况下，应变（
ε
）和位移（
u
）之间的关系根据胡克定律表示为：（2）其中，
ε
表示每个节点的应变向量，
B
为应变与位移的矩阵；（3）应力
‑
应变关系：在线性弹性情况下，应力（
σ
）和应变（
ε
）之间的关系可以通过材料的弹性模量（
E
）和泊松比（
ν
）表示为：（3）其中，
σ
表示每个节点的应力向量，
C
为应力与应变的矩阵；（4）单元刚度矩阵（
K
）单元刚度矩阵描述了单元的刚度特性；对于线性弹性问题，单元刚度矩阵可以通过以下公式计算：（4）其中，
B
为应变与位移的矩阵，
C
为应力与应变的矩阵；（5）全局刚度矩阵（）：将所有单元的刚度矩阵组合起来，可以得到整个系统的刚度矩阵；（5）其中，表示每个单元的刚度矩阵；（6）荷载向量（
F
）荷载向量包括施加在结构上的外力和约束条件；可以将外力表示为荷载向量
F
，约束条件表示为位移边界条件；（6）其中，
F
表示每个节点上的外力向量；（7）位移解向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茜，冀会平，侯飞，张涛涛，柳鹏增，孟金兰，朱艳苹，张勇，谭开福，李红，
申请(专利权)人：建设工业集团云南股份有限公司，
类型：发明
国别省市：