摘 要

连杆在发动机中受到的强度不一，方向不一的交变载荷作用下很容易产生疲劳失效，而往往此时汽车处于正常运行状态，对车辆的驾驶员会产生极大的安全隐患，从而造成严重的后果，所以在发动机连杆在运动过程中的力学分析十分重要。较为传统的研究方法是站在简易的模型、经验公式和较为大量的计算基础上的，而计算机技术的快速进步使仿真方法成为与理论、实验研究并行的三大科学研究方法一。本文首先利用CAD软件建立发动机连杆的三维模型后；然后导入CAE软件，根据在发动机工作时的实际工况，确定多载荷边境的条件的和位移边界，并在使用ANSYS Workbench有限元分析对发动机连杆的变形和所受应力进行分析和强度校核，最后使用软件中的疲劳工具（fatigue fool）对连杆疲劳强度进行了寿命分析和损坏模式分析，并得出对应部位安全系数。从而为预防发动机连杆失效和连杆结构优化提供参考。

关键词：发动机连杆；疲劳强度；有限元分析，力学分析。

Intensity And Fatigue Analysis of Auto Engine Connecting Cod Impact Based on CAD/CAE

ABSTRACT

The magnitude and direction of strength which the connecting rod suffering in the engine is different, and the fatigue failure is easy to occur under the alternating load When the car is in normal work, which has a great safety hazard and causes serious consequences to the driver of the vehicle , so the mechanical analysis of engine connecting cod during the movement of the car is very important. The traditional research methods are based on the simple model, empirical formulas and a large number of calculations , but the rapidly advance of computer technology has made the simulation method become one of the three scientific research methods of theoretical and experimental research.In this paper, first using the CAD software to establish the three-dimensional model of the engine connecting rod and then imported into the CAE software. Under the actual working conditions of the engine , under the condition of the multiple load boundary and the displacement boundary, the stress and deformation of the engine connecting rod are used in the ANSYS Workbench finite element. Analysis in the analysis software, and then using the fatigue tool which is in the software , the fatigue analysis of the link fatigue life and damage mode analysis, and the corresponding part safety factor , which provides a reference for preventing engine link failure and link structure optimization.

Key words：Engine connecting rod; Fatigue strength; Finite element analysis;Mechanical analysis

目 录

1 绪论………………………………………………………………………………………1

1.1研究背景和意义……………………………………………………………1

1.2国内外研究现状…………………………………………………………………3

1.3论文研究内容…………………………………………………………………4

2连杆的受力分析和失效模式…………………………………………………………5

2.1连杆的结构特点和作用 …………………………………………………………5

2.2连杆的受力分析 ……………………………………………………………7

2.2.1气体压力的计算…………………………………………………………………7

2.2.2连杆组往复惯性力的计算…………………………………………………7

2.2.3活塞组往复惯性力的计算………………………………………………………7

2.2.4离心惯性力的计算……………………………………………………………7

2.3 拉压工况下连杆的载荷分析………………………………………………………12

2.3.1最大拉伸工况下的受力分析…………………………………………………12

2.3.2最大压缩工况下的受力分析………………………………………………12

2.4 连杆的失效模式 ……………………………………………………………15

2.4.1 疲劳失效………………………………………………………………15

2.4.2 磨损失效…………………………………………………………………15

2.4.3 过载失效…………………………………………………………………15

2.5 连杆的失效机理 …………………………………………………………………19

2.5.1连杆小端轴颈断裂…………………………………………………………19

2.5.2连杆轴瓦断裂………………………………………………………………19

2.5.3连杆螺栓断裂………………………………………………………………19

2.6本章小结 ………………………………………………………………………23

3 连杆的建模和静力学分析……………………………………………………………24

3.1 CAD/CAE软件介绍………………………………………………………………24

3.1.1CATIA软件介绍……………………………………………………………24

3.1.2ANSYS Workbench软件介绍……………………………………………24

3.2连杆的三维模型的建立………………………………………………………28

3.2.1 连杆三维实体模型的建立………………………………………………28

3.2.2 有限元模型导入…………………………………………………………28

3.2.3 网格划分…………………………………………………………………28

3.2.4 材料的选择…………………………………………………………………28

3.3连杆的静力学分析……………………………………………………………33

3.3.1 施加的载荷和约束 ………………………………………………………33

3.3.2 静力学分析结果和强度校核 ……………………………………………33

3.4本章小结…………………………………………………………………36

4 连杆的疲劳分析……………………………………………………………………37

4.1疲劳分析的概念和主要考虑因素…………………………………………………37

4.2疲劳分析的过程和步骤……………………………………………………………39

4.3连杆疲劳分析的结果……………………………………………………………40

4.3.1 连杆的整体疲劳分析结果 ……………………………………………40

4.3.2 连杆小端的局部疲劳分析结果 …………………………………………40

4.3.3连杆螺栓的局部疲劳分析结果 ……………………………………40

4.3.4 连杆轴瓦的局部疲劳分析结果 ………………………………………40

4.4结果分析……………………………………………………………………………45

4.5结构优化和预防措施……………………………………………………………46

4.6本章小结……………………………………………………………………………47

结论………………………………………………………………………………48

致谢 ……………………………………………………………………………49

参考文献 ………………………………………………………………………50

1 绪论

• 1. 研究背景及意义

从上个世界40年代开始，机械类工程从业人员开始了对机械可靠性的大量研究，至今已有80年的历史。其中特别注意的机械结构的可靠性，在试验过程中，我们一般给予结构以平常其所处的工作条件和环境，并给出其自身的一般工况条件，并且测量其在该条件下的能够承受多大的载荷力，来确定其结构的可靠性和疲劳强度。并且可靠性一般以受到的载荷形式的不同分为结构的安全性和结构的耐久性。

机械零件会在使用的过程中因为很多原因而产生失效。据不完整的统计可得，零件失效主要是疲劳失效、构件损坏而引发的机械结构的破坏。而构件的摩擦损伤，表面腐蚀及脆性断裂，这三种是机械结构疲劳损伤的主要形式。