連桿有限元模型實際過程中,由於在較大的螺栓預緊力的約束下,連桿與連桿蓋在整個分析過程中均處於接觸狀態,因此這裡對模型進行了簡化,將連桿與連桿蓋在實際的建模分析中合為一體,而不影響最終的結果。同樣,螺栓連桿與連桿螺母也合為一體。
在建立兩個軸模型時,該計算取大軸和小軸的半徑分別小於相應軸瓦半徑0.35mm和0.30mm。考慮到實際工程中軸瓦在過盈變形后雖然半徑變小但仍不足以對軸產生裝配應力,上述模型尺寸可避免軸與軸瓦間裝配應力的出現。
2、計算過程
ABAQUS軟體是當今世界上較為通用的非線性計算分析軟體。
本計算中主要涉及的非線性過程主要包括螺栓預緊和軸瓦過盈。
ABAQUS在計算分析中採用計算步(step)的概念,計算按實際工況過程主要分為四個主要步驟。
2.1 施加螺栓預緊力
首先,在各螺栓頭、螺母與連桿蓋、連桿相接觸的地方定義接觸對;通過ABAQUS中專為模擬螺栓預緊提供的模型(*Pre-tension section)在每個螺栓中建立一個預緊面;最後在每個預緊面模型的參考點施加55kn的預緊力約束。
2.2 軸瓦過盈
首先,在軸瓦與連桿(或連桿蓋)相接觸的地方定義接觸對;通過*Clearance定義尺寸過盈量(註:value值為負代表過盈,正代表間隙)。
2.3~2.4分別施加慣性力(拉力)和爆炸壓力載荷
在這兩個過程中,力通過小軸施加在連桿上,而約束限定在大軸上。由於軸與軸瓦之間存在著間隙,因此在這一過程中會有產生自由剛體運動的瞬間,這在有限元的靜力分析中會導致計算不收斂而無法進行。解決的方法是在小軸和連桿上分別引入彈簧約束,只要選擇較小的彈簧剛度係數,則既可限制自由剛體運動,又不會使最終結果產生大的誤差。
3、計算結果及分析
3.1連桿應力與疲勞安全係數
由於連桿是在交變載荷下工作,採用以下公式計算其疲勞安全係數:
連桿應力見圖2、3。最小疲勞安全係數見表2。
連桿在裝配與拉伸載荷作用下應力分佈??圖3連桿在裝配與氣體爆發壓力載荷作用下應力分佈
連桿桿身與連桿大端的過渡區
2.1
連桿桿身與連桿小端的過渡區
2.3
連桿桿身與螺栓頭附近的過渡區
2.3
連桿桿身與螺母附近的過渡區
2.3
連桿小端的油孔
2.5
3.2 連桿桿身大頭與連桿蓋結合面處的接觸壓力
為第一種方案連桿桿身與連桿蓋結合面處在裝配載荷+拉伸載荷下的法嚮應力分佈,圖為5第一種方案連桿桿身與連桿蓋結合面處在裝配載荷+壓縮載荷下的法嚮應力分佈,圖中的紅色區域表示失去接觸。
在裝配與拉伸載荷作用下連桿桿身大頭與連桿蓋結合面處的接觸壓力
在裝配與氣體爆發壓力載荷作用下連桿桿身大頭與連桿蓋結合面處的接觸壓力圖6為連桿軸瓦與連桿大頭在裝配載荷+拉伸載荷下的壓應力分佈,從圖上可以看出,連桿軸瓦與連桿大頭的接觸壓力大部分面積都大於100Mpa。所以,在連桿工作載荷下,連桿軸瓦與連