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柴油机连杆强度分析的有限元方法

发布于:2015-12-19 14:34

柴油机强度分析

      连杆是柴油机的主要运动件之一,其受载情况复杂,工作条件恶劣,一旦发生失效,会给整台柴油机造成极为严重的损失。因此,如何确保连杆的安全可靠,寻求更为切合实际的强度分析方法,一直是柴油机设计者们所关心的课题。
      从五十年代起,宇航、飞机、原子能和压力容器等工业部门,相继采用了以概率论和数理统计为基础的可靠性设计与分析。所谓可靠性是指系统、装置或构件,在规定的环境条件下,在规定的时间(或使用次数)内,不失效而实现所规定的功能的概率。近二十年来,可靠性理论不断向其他工业部门渗透,发展迅速,收效甚大。目前,国内关于柴油机的强度分析,基本上是以安全系数法为基础。对于连杆、曲轴等构件的疲劳强度分析,也是采用安全系数法。这是长期以来工程设计人员把静强度设计概念延伸到疲劳强度设计中来的结果。
      一般说来,在静强度分析中,材料的强度指标,如屈服极限值和强度极限值,虽然也是随机变量,但总起来说比较稳定,其变异系数一般在2-5%之间。因此,在静强度设计中,选取较大的安全系数,离散性问题,基本上可以忽略不计。但在疲劳强度设计中,构件的工作应力和度劳强度都是随机变量,尤其是材料的疲劳强度(或疲劳寿命)是离散的,这是材料的一种固有特性。因此,在柴油机连杆的传统强度设计中,尽管设计计算选取较大的安全系数,但仍然发生连杆断裂事故。除因工艺、材料缺陷等非正常因素外,材料疲劳强度的离散是一个很重要的原因。由于工作应力和疲劳强度都是随机变量,如采用安全系数法来分析构件的安全可靠性,就可能导致错误的结论。文献资料提供了十几种零件设计,其安全系数均为2.5,由于其应力和强度,具有不同的离散性,其可靠度从0.6628到接近1,相差很大。这表明安全系数法不能确切、定量地反映构件安全可靠的程度。
      众所周知,柴油机连杆的断裂破坏,绝大多数属于疲劳破坏。因为裂纹一般都是在最大局部应力处萌生和扩展,所以,疲劳强度设计不同于于强度设计,而是着眼于构件危险点的局部应力。为了较准确地得到柴油机连杆各部分工作应力的分布状况和确定危险截面的位置,采用了有限元计算方法进行验证。


 

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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