文档介绍：基于 ABAQUS 的连杆有限元分析郭涛,杨晓( 上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳州 545007 ) 摘要:利用有限元分析软件 ABAQUS 对一发动机连杆进行三维有限元分析,确定了连杆的最大应力位置和疲劳安全系数,为发动机连杆的可靠性设计提供了依据。关键词:连杆;有限元; ABAQUS ;安全系数连杆是连接发动机活塞与曲轴的一个重要组件,是内燃机的主要运动受力部件之一,工作中经受拉伸﹑压缩﹑弯曲等交变载荷的作用,机械负荷严重,工作条件恶劣。因此,连杆的可靠性,是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点。在发动机设计时, 要保证连杆具有足够的结构刚度和疲劳强度,尽可能地达到质量小﹑体积小﹑形状合理,并最大限度地减缓应力集中。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元,采取按截面面积等效的原则,确定该部位各单元的当量厚度。采用此方法, 是因为当时计算速度的限制。随着计算机技术的快速发展,现在多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。 1连杆有限元分析 有限元模型连杆组件包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、上下轴瓦和衬套。为了便于施加载荷和约束,在分析模型中加入了活塞销(一部分)和曲柄销(一部分),这一做法的好处在于,可以省去以往连杆计算中对载荷分布规律和分布包角的处理,减少由于边界条件与载荷假设带来的误差。采用三维 CAD 软件 UG 进行了连杆的三维实体建模,导入 hypermesh 进行网格划分,连杆体、连杆盖和连杆螺栓采用 C3D10M 单元,其他采用 C3D8I 单元。为减少计算规模,由于对称性,采用了 1/4 模型。对连杆各组件间建立适当的接触关系,接触对共有 10对: 连杆体与连杆盖,连杆小头与衬套,活塞销与衬套,连杆体与上轴瓦,连杆盖与下轴瓦,连杆体与连杆螺栓,连杆盖与螺栓,上轴瓦与下轴瓦,曲柄销与上轴瓦,曲柄销与下轴瓦。有限元模型采用小滑移弹性接触模型进行分析, 提高模型的收敛性。有限元模型如图 1图1 连杆有限元计算网格模型划分的节点数和单元数如表 1所列。表1 各零件的节点数和单元数部件单元节点连杆体 3615 7009 连杆盖 2458 4505 上轴瓦 1420 840 下周瓦 1420 840 衬套 180 421 活塞销 486 761 螺栓 1069 2093 曲柄销 861 1345 材料特性各零件材料特性见表 2 所列。表2 各零件材料特性零件材料弹性模( GP a) 泊松比连杆体 C70S6 210 连杆盖 C70S6 210 螺栓 steel 210 轴瓦 steel 210 衬套 C70S6 210 活塞销 steel 210 曲柄销 steel 210 计算载荷的处理对连杆的分析将取 5 种机械负荷:衬套过盈产生的预紧力,轴瓦过盈产生的预紧力,连杆螺栓的预紧力,作用在连杆大小头的最大拉伸载荷和最大压缩载荷。由于发动机在工作时连杆温升不高,并且比较均匀,温度负荷可不予考虑。 ABAQUS 软