基于ANSYS軟件的內燃機連桿的有限元分析翻譯

基于ANSYS軟件的內燃機連桿的有限元分析RAavar1,iekPatil2,RaehPatil3adtRai2gt:k,\hm連桿是連接活塞和曲軸的中間的連接部分的結構。連桿的作用主要是負責傳遞推動和拉動的活塞銷和曲柄銷運動，從而將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。一般連桿生產中使用的材料常見的是碳鋼和鋁合金連桿。在本論文中我們在比較兩種不同類型的碳鋼和鋁合金連桿的馮?米塞斯應力和總變形。老驢三個材料參數進行有限元分析。如，Von米塞斯應力和位移都從ANSYS軟件中獲得。然后比較了鋁合金和鍛鋼這兩種不同的材料。然后發(fā)現Al5083合金重量比較輕。這導致連桿的重量減少63.19%。關鍵詞：連桿，活塞的往復運動，Von米塞斯應力，ANSYS簡介連桿連接活塞與曲軸，它們形成了一個簡單的機構，將直線運動轉化為旋轉運動。由于活塞的推力，最大的應力出現在連桿的活塞端附近。除承受燃燒室燃氣產生的壓力外，還承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個很復雜的盈利狀態(tài)下工作。它即受交變的拉力、壓應力又受彎曲應力。連桿的主要損壞形勢是疲勞斷裂和過量變形。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能，又要求具有足夠的剛性和韌性。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質量以提高疲勞強度。拉伸應力和壓縮應力是由于氣體壓力和彎曲應力的產生的，是由于離心力的作用，產生的偏心力。因此，連桿的設計一般I-section提供的最大的剛度，能夠在活塞端部獲得最大應力并且增大剛度可以減少活塞端部的材料收到的應力，而且可以減輕連桿的重量。曲軸連桿機構運動件的重量優(yōu)化設計，不僅是節(jié)省材料及發(fā)動機重量降低，運動件質量對改善發(fā)動機整體的工作狀況特別有效，ANSYS形狀優(yōu)化的功能可以對活塞內腔、活塞銷孔、連桿形狀、曲軸圓角和曲柄臂尺寸進行優(yōu)化設計。連桿是活塞和曲軸之間的連接。它把活塞銷與連桿；連桿的小端連接活塞和曲軸銷大結束。連桿的作用是將活塞的直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。較輕的連桿和活塞產生的功率不大于振動由于往復式重量不。連桿與活塞的曲柄銷的力量的推力，因此必須很強，剛性也盡可能輕。有兩種類型的小頭和大頭軸承。連桿受到交變載荷作用下的疲勞。在四沖程發(fā)動機的情況下，壓縮和作功沖程連桿的排氣和吸氣沖程開始最后一部分期間承受壓縮載荷和拉伸載荷時。在雙作用蒸汽引擎，向前的行程，連桿在承受壓縮載荷和回程時，拉伸負荷。連桿的材料必須具有良好的抗疲勞和沖擊性能。應用于汽車的連桿通常由從鍛鋼或金屬粉末鍛造制造。他們也可以投。然而，鑄件可以吹孔，利于從耐久性和疲勞的觀點。事實上，鍛件產生氣孔自由和更好的棒，讓他們在鑄棒的優(yōu)點。鍛造過程之間，粉末鍛造或鍛造，每個進程都有自己的優(yōu)點和缺點。粉末金屬制造的空白具有近凈成形的優(yōu)點，減少了材料的浪費。然而，由于高成本和復雜的制造技術的空白，成本高。鋼鍛件，材料是廉價和粗糙的制造過程是成本有效的。把部分的最終尺寸在加工高支出的緊公差的結果下，作為空白通常包含更多的多余的材料。高強度合金鋼的應用并不能達到預期效果連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質的底，底的內表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來補償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋分為連桿小頭、桿身和連桿大頭。連桿小頭用來安裝活塞銷，以連接活塞。桿身通常做成“工”或“H”形斷面，以求在滿足強度和剛度要求的前提下減少質量。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。一般做成分開式，與桿身切開的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓連接為一體。連桿軸瓦安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動機中最重要的配合副之一。常用的減磨合金主要有白合金、銅鉛合金和鋁基合金。文獻綜述為優(yōu)化研究，Serag等。（1989）開發(fā)的近似數學公式定義連桿重量和成本為目標函數，約束條件。優(yōu)化利用幾何編程技術實現。約束是在壓縮應力施加壓力，軸承在曲軸和活塞銷的兩端。疲勞不是解決。成本函數是在指數形式表示的幾何參數。韋伯斯特等人。（1983）進行三維有限元分析的高速柴油機連桿。這一分析他們使用的最大壓縮載荷測定實驗，和最大拉伸載荷基本上是活塞組件的質量慣性負載。實驗測定了載荷分布在活塞銷和曲柄端。他們模擬連桿蓋分開，并模擬螺栓的預緊力，使用梁單元和多點約束方程。在調查一個連桿故障，LED對發(fā)動機造成的災難性的失敗。hippoliti（1993）報告的設計方法在使用比亞喬連桿的設計，采用了優(yōu)化會話。然而，無論是細節(jié)的優(yōu)化和負載下進行了優(yōu)化。兩參數化有限元程序使用二維平面應力和三維方法由作者開發(fā)的結果與試驗結果相比較，具有良好的協議。他們開發(fā)的優(yōu)化程序是基于二維的方法。Sarihan和Song（1990），為活塞銷端的優(yōu)化，使用了由壓縮氣體負荷對應的最大扭矩和拉力最大值對應的慣性載荷的疲勞載荷周期。顯然，他們用最大載荷在發(fā)動機的整個工作范圍內。設計疲勞，交替的八面體剪應力修正的Goodman方程和平均八面體剪應力的應用。為優(yōu)化，它們產生的近似設計表面，進行表面優(yōu)化設計。功能進行了更新，以獲得精確的價值目標和約束。重復這個過程，直到達到收斂。它們還包括避免微動疲勞的限制。平均應力的交變分量計算最大值和最小值的八面體剪應力。運動減少近27%連桿的重量。根據結構特征，采用ANSYS實體建模。選用單元類型為Solid95,Solid95是三維20結點四面體結構實體單元，在保證精度的同時允許使用規(guī)則的形狀，適用于曲線邊界的建模。結果顯示，最大合位移出現在小孔內外表面；最大等效應力出現在小頭孔內表面上，其值為12.9MPa。從圖中的應力和位移等直線可以看出:(1)整個連桿結構的最大應力出現在小頭孔的承載區(qū)范圍內，其他部位受力情況較均勻。這與實際情況是相吻合的。(2)最大變形出現在小軸孔表面，而大孔的變形非常小。在實際情況中，由于小孔是承載區(qū)，它的變形相對較大，大孔遠離承載區(qū)，受影響較弱。綜合上述分析，有限元分析結果是客觀的，較為真實的反應了汽車連桿的受力情況。建模過程中（DM模型），要考慮在DS模型中的成角度曲面的約束和施加載荷對連桿大頭和小頭進行扇形建模。在建模的過程中為了構造用于施加約束和載荷的扇形曲面，在構造扇形的過程中要一個扇形一個扇形的建模，建模完一個扇形后，在準備建立下一個扇形以前，記得對已經建立的扇形模型進行凍結操作。.網格劃分過程中，首先用的是整體自動網格劃分，后來進行了局部細化網格分析，而細化網格的方法大致有兩種，一個用的是ContactSizing，一個是PartRelevance，自己對比分析兩種方法。在施加邊界條件時發(fā)現，連桿小頭里的銅環(huán)和連桿小頭在不同的接觸條件下仿真分析出來的結果很不相同，本人分別用了bounded,frictionless,rough,fritional(摩擦系數0.15)進行了對比分析。對連桿小頭里面銅環(huán)內壁90°曲面的載荷施加，采取了兩種對比分析，一是均勻壓強載荷分析，一是軸承載荷分析，即在連桿軸線方向，離連桿小頭軸心距離越遠，受到的軸線方向的載荷越大，根據圓曲面的對稱性求出了軸線方向，即X方向的力F=1102.92N6.結論?從以上的分析我們可以得出這樣的結論：所有材料應力幾乎不相上下，也在安全極限，即，遠低于屈服應力。?W8連桿可以通過repacing目前aluminium5083合金在基洛斯卡發(fā)動機采用鍛鋼減少。?連接桿的截面模量應足夠高，以防止高彎曲應力由于慣性力，形變，以及曲軸箱壁變形。?連桿重量降低63.19%。從而降低慣性力。?比較三種材料的拉伸應力，以al5083合金最小應力。致謝項目組工作，這種總是一個人選通幫助從許多來源的努力的一個結果。除了我們自身的努力沒有教師和朋友的指導，我們就不能順利完成這個項目的工作。這個項目的工作過程和給我們在我們的機構中留下的是記憶的鼓勵。我們的所有工作人員我們的機械部給了我們很好的支持非常感激，在實驗室的時間建議。最后，我們感謝每個人幫助我們直接或間接負責項目工作順利完成。最重要的是我們想表達我們深深的感謝我們敬愛的校長哈金斯博士VP，提供必要的設施。我們非常感謝我們的指導方法和Rsavanur教授指導，不變的熱情和警惕的監(jiān)督整個項目。參考文獻.AdilaAfzalandAliFatemi(2003),“AComaatietudyofFatiueBehaioradLfePeicionsofFoedtelndMg,E..AuiaoGandBancliiME201,OtmstonfFtePfomneofaianiumConnectingRod,ISPESL,.CharkhaPGandJajuSB(2009),Analsis&OptimiationofConnectingRod”,2dIntenationalConferenceonEmergingrendsinEngineeringand,.

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