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原文传递摩托车发动机连杆疲劳可靠性分析及寿命预测

论文题名：	摩托车发动机连杆疲劳可靠性分析及寿命预测
关键词：	摩托车;发动机连杆;疲劳可靠性分析;寿命预测
摘要：	连杆是发动机的重要构件和主要运动件，结构和受载情况都比较复杂。连杆在工作过程中受到周期性的交变载荷而易产生疲劳破坏，但疲劳破坏前的裂纹扩展阶段没有明显的宏观现象。当连杆损伤达到临界值时，常常发生突然性的疲劳断裂，导致发动机无法正常工作甚至报废。而连杆的可靠性和寿命将直接决定发动机可靠性和寿命。因此通过连杆力学特性及疲劳分析，对提高连杆的可靠性和寿命有着重要的意义。　　本文在结构动力学、有限元技术、多体动力学和机械疲劳可靠性理论等多门学科理论基础上，并与有限元软件、多体动力学软件和专业疲劳寿命分析软件相结合，对宗申摩托车NC450发动机连杆进行强度分析、动力学特性分析、疲劳可靠度和寿命计算，并总结出连杆疲劳可靠性分析及寿命的计算方法，具体研究内容包括: 　　(1)利用运动学和结构动力学方法分析了连杆运动情况和工作过程的受载情况，确定典型工况和对应工况下的载荷。在二维图纸的基础上结合三维软件Pro/e，建立了连杆三维模型和发动机动力端的装配模型。　　(2)用有限元软件Ansys对连杆进行强度分析，重点处理连杆的载荷、惯性力和位移约束的施加，得到了连杆在不同典型工况下的应力云图、应力集中部位和最大应力值。　　(3)利用有限元软件MSC.Patran/Nastran和动力学软件MSC.Adams对连杆进行多体动力学刚柔耦合仿真。重点处理活塞载荷的施加和连杆的刚柔耦合模型的建立，通过仿真获得连杆工作过程中危险节点的应力-时间历程曲线和连杆的疲劳载荷谱。　　(4)利用连杆强度分析数据对连杆进行疲劳强度校核，并在疲劳可靠性理论基础上，结合连杆工作过程中危险节点的应力-时间历程曲线，对连杆进行疲劳可靠度计算。　　(5)在20CrMo连杆材料S-N曲线的基础上，考虑连杆的应力集中系数、尺寸系数和表面加工系数下得到连杆的S-N曲线。根据连杆的S-N曲线，结合连杆的疲劳载荷谱，在基于全寿命分析法的基础上，利用MSC.Fatigue对连杆进行疲劳寿命计算。　　论文的主要研究成果包括: 　　(1)连杆强度有限元分析中，运用有限宽度轴颈油膜压力分布规律处理连杆载荷，计算了任意单元任意位置的惯性力并通过APDL施加，使连杆的强度有限元分析边界条件更接近于实际工作情况。分析结果表明应力主要集中于连杆大、小头与连杆杆身过渡圆处和杆身，最大应力值远远小于连杆材料的抗拉极限，满足静强度设计要求。　　(2)在动力学仿真中，Spline曲线与AKISPL函数的联合运用能有效的将缸压数据施加在活塞上，动力学仿真结果基本与有限元分析结果相吻合。获得了连杆工作过程危险节点准确的应力-时间曲线和连杆的疲劳载荷谱。　　(3)连杆进行的疲劳强度、可靠性和寿命分析结果表明:连杆关键部位的疲劳安全系数、连杆工作过程中危险节点的疲劳可靠度均大于连杆的许用安全系数和可靠性设计推荐值，并存在一定的安全余量，满足设计要求。连杆的疲劳寿命较短的部位主要集中在杆身两侧，寿命最低的节点的循环次数能满足无限寿命设计的要求。　　(4)建立了一种适合同类型连杆的刚强度有限元分析、刚柔耦合动力学特性分析、疲劳可靠度及寿命分析的方法。
作者：	胡小华
专业：	机械工程;机械设计及理论
导师：	胡启国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文