[发明专利]一种用于确定发动机连杆强度的方法

权利要求书

1.一种用于确定发动机连杆强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.三维建模；

建立连杆装配体及活塞销的三维模型，其中，所述连杆装配体包括：连杆体，连杆盖，螺栓，上下轴瓦以及衬套；

B.有限元网格划分；

对上述各模型按垂直于连杆大头孔轴线的对称面取一半进行有限元网格划分；对所述连杆体的杆身与大、小头过渡区域进行网格加密；

C.定义接触对；

C1.所述连杆体大头孔与所述上下轴瓦、所述连杆体小头孔与所述衬套为接触小滑移过盈配合；定义所述连杆体大头孔与所述上下轴瓦径向过盈量的最大、最小值；定义所述连杆体小头孔与所述衬套过盈量的最大、最小值；

C2.采用刚性体圆柱模拟曲柄销，所述上下轴瓦与所述曲柄销为接触小滑移间隙配合；所述衬套与所述活塞销为接触小滑移间隙配合；

C3.所述连杆体与所述连杆盖之间为接触；

C4.所述螺栓与所述连杆体、所述连杆盖之间TIE连接，所述上下轴瓦采用TIE连接；

D.定义材料属性；

对所述步骤A中的各模型赋予材料属性；所述材料属性包括：弹性模量、密度、泊松比；

E.定义载荷及边界条件；

对以下参数进行设置：所述螺栓最大、最小预紧力，最大气缸压力，发动机最高转速ω，曲柄半径R，所述连杆体大、小头孔中心距的长度L_conrod，所述连杆体大头孔中心到所述连杆体质心点的距离L_rs，活塞装配体的质量M，其中，所述活塞装配体包括：活塞、活塞环及卡扣；

a.取一半的所述螺栓，对所述螺栓施加其最大/最小预紧力的一半；

b.约束所述曲柄销6个自由度；

c.在所述活塞销中心线上建立一点，该点位于所述活塞销与所述活塞接触宽度的中点；该点与所述活塞销上表面120°区域内的节点耦合，在此点上施加最大气缸压力的一半；

d.最高转速下的惯性载荷，包括：所述活塞销最大惯性加速度，所述连杆体惯性加速度，所述活塞装配体最大惯性力；

e.在所述连杆体对称面上，对连杆装配体及活塞销施加约束U_x＝0，x指对称面的法向；

g.在所述活塞销中心线上建立一点，该点位于所述活塞销与所述活塞接触宽度的中点；该点与所述活塞销下表面120°区域内的节点耦合，在此点上施加活塞装配体最大惯性力的一半；

f.在连杆体上选择一个或多个小区域进行约束U_x、U_y、U_z＝0；

F.设置工况及对应模型；

F1.螺栓预紧力加载工况：此工况下，对所述连杆体、所述连杆盖、所述螺栓按所述步骤C、D条件进行设置，设置所述步骤E中a、e、f边界条件；

F2.最大/最小过盈配合工况：此工况下，对所述连杆体、所述连杆盖、所述上下轴瓦、所述螺栓、所述衬套按所述骤C、D条件进行设置，所述螺栓定长无预紧力，设置所述步骤E中e、f边界条件；对所述上下轴瓦、所述衬套分别施加最大、最小过盈量；

F3.最大气缸压力工况：此工况下，对所述连杆体、所述连杆盖、所述上下轴瓦、所述螺栓、所述衬套、所述曲柄销、所述活塞销按所述骤C、D条件进行设置，所述螺栓定长无预紧力，设置所述步骤E中b、c、e载荷及边界条件；对所述大头孔与所述上下轴瓦、所述小头孔与所述衬套的过盈量设置为零；

F4.最大惯性力工况：对所述连杆体、所述连杆盖、所述上下轴瓦、所述螺栓、所述衬套、所述曲柄销、所述活塞销按所述骤C、D条件进行设置，所述螺栓定长无预紧力，设置所述步骤E中b、d、e、g载荷及边界条件，对所述大头孔对所述上下轴瓦、所述小头孔与所述衬套的过盈量设置为零；

G.分析判断；

以所述步骤F为输入，判断是否满足以下结果：

G1.最大螺栓预紧力工况下应力值和接触面的接触压力低于材料屈服强度；

G2.最大过盈配合工况下连杆大头和小头的最大等效应力值低于材料屈服强度；

G3.最小过盈配合工况下上下轴瓦及衬套的背压大于9.5MPa；

G4.最大气缸压力工况、最大螺栓预紧力工况、最大过盈配合工况、最大惯性力工况的等效应力结果叠加值低于材料屈服强度；

G5.最大惯性力工况下连杆体和连杆盖的最大等效应力值低于材料屈服强度；

G6.最大惯性力工况、最小螺栓预紧力工况、最大轴瓦过盈量工况下的连杆体和连杆盖结合面的接触压力之和大于0，两者未分离；

G7.最大爆发压力载荷、最大惯性载荷工况下的连杆大头孔收缩变形之和小于连杆轴瓦与曲柄销间隙的75％，开启角小于160°；连杆小头孔收缩变形小于连杆衬套与活塞销间隙的90％，开启角小于170°；

在以上条件均满足的条件下，进入步骤H；

H.高周疲劳分析工况及结果分析；

在发动机额定工况和1.1倍额定转速工况下根据以下计算结果叠加分别得到三种应力：

H1.螺栓最大预紧力加载工况+最大过盈配合工况+最大气缸压力工况+最大惯性力工况；

H2.螺栓最大预紧力加载工况+最大过盈配合工况+最大惯性力工况；

H3.螺栓最大预紧力加载工况+最大过盈配合工况；

在发动机额定工况和1.1倍额定转速工况下，H1与H2的应力结果组成一对最大、最小应力匹配对，用于连杆体疲劳计算；H2与H3的应力结果组成另一对最大、最小应力匹配对，用于连杆盖和小头上部疲劳计算；

最终要求最小的安全系数大于许用值的1.1倍。