柴油機(jī)連桿高周疲勞壽命預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)向著高強(qiáng)化、高功率密度方向發(fā)展，因此人們對(duì)柴油機(jī)的使用壽命提出了更高的要求。連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件，其疲勞破壞占自身故障比例約為60％～90%。因此在設(shè)計(jì)初期階段，通過有限元仿真結(jié)合疲勞壽命預(yù)測(cè)模型對(duì)連桿的工作壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以保證其具有較高的抗疲勞性能。連桿不同的疲勞破壞位置會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，可能為單軸應(yīng)力狀態(tài)，也可能為多軸應(yīng)力狀態(tài)，因此在建立疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)模型時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)的不同選擇

2、合適的損傷參量。針對(duì)這一問題，本文通過對(duì)連桿進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到疲勞危險(xiǎn)部位考察點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間歷程曲線，并判斷其應(yīng)力狀態(tài)；采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過7種損傷參量對(duì)試件在單軸和多軸應(yīng)力時(shí)預(yù)測(cè)的循環(huán)次數(shù)與試驗(yàn)值對(duì)比，得到在不同應(yīng)力狀態(tài)下相應(yīng)的疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)模型；根據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)試件得到的壽命預(yù)測(cè)模型結(jié)論，結(jié)合連桿應(yīng)力壽命曲線及累積損傷理論，對(duì)連桿不同危險(xiǎn)部位進(jìn)行壽命計(jì)算。具體研究工作如下：
　?。?）建立了包含連桿、活塞銷、曲柄銷

3、、襯套、軸瓦、螺栓等主要零部件的有限元模型，利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法，得到連桿危險(xiǎn)部位考察節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線；采用多軸應(yīng)力判斷準(zhǔn)則，分析了連桿考察部位的應(yīng)力狀態(tài)，分析表明連桿桿身部位是單軸應(yīng)力狀態(tài)，連桿小頭油孔、小頭和大頭與桿身過渡部位、大頭蓋螺栓沉孔等部位為典型的多軸應(yīng)力狀態(tài)。該給論為后續(xù)疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)模型的選擇提供了理論依據(jù)。
　　（2）借助標(biāo)準(zhǔn)試件試驗(yàn)結(jié)果，利用有限元模擬試件在不同加載情況下的應(yīng)力狀態(tài)，以Basquin

4、公式為基礎(chǔ)，選取7種損傷參量，絕對(duì)值最大主應(yīng)力、最大主應(yīng)力、帶符號(hào)等效應(yīng)力、等效應(yīng)力、剪應(yīng)力、帶符號(hào)剪應(yīng)力和臨界面參量，分別對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。將得到的結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比分析，找到了能夠合理預(yù)測(cè)單軸、多軸的高周疲勞損傷壽命預(yù)測(cè)模型。結(jié)論為在單軸應(yīng)力狀態(tài)時(shí)宜采用絕對(duì)值最大主應(yīng)力參量的損傷壽命預(yù)測(cè)模型，在多軸應(yīng)力狀態(tài)時(shí)宜采用臨界面參量的損傷壽命預(yù)測(cè)模型進(jìn)行壽命計(jì)算。
　?。?）根據(jù)（2）中的結(jié)論，對(duì)連桿桿身部位采用絕對(duì)值最大主應(yīng)力