曲轴作为内燃机最重要的零件,其主要失效形式是疲劳破坏,如何在设计阶段对曲轴结构开展抗疲劳设计,预估其疲劳强度和全周期疲劳寿命,完成不同结构设计方案的优选,是提高内燃机结构可靠性的重要内容。论文把近年来被广泛认可的虚拟疲劳试验技术应用在曲轴疲劳问题的研究中,以多体动力学理论、疲劳损伤理论和有限元理论为基础,综合应用数值模拟软件对某型号二冲程内燃机曲轴开展虚拟疲劳试验研究。首先,在ADAMS中对曲轴系进行动力学仿真分析。将满载荷工况作为研究工况,建立包含柔性曲轴在内曲轴系整体的刚柔耦合动力学仿真模型,以获取曲轴疲劳分析所需的模态坐标时间载荷历程;其次,应用ANSYS对曲轴进行模态分析,确定其各阶固有频率与振型,结合计算得到的曲轴对应工况下的工作频率,确定应用模态应力恢复理论对曲轴进行全周期疲劳寿命计算。此外提取多体动力学仿真获得的动态边界条件,对曲轴进行瞬态强度计算,得到每个载荷步对应的应力信息;最后,对曲轴的疲劳强度和寿命进行预估分析。先从理论上预估得到曲轴材料的S-N曲线,根据曲轴的结构特征计算确定其疲劳综合影响系数,结合瞬态强度计算的结果得到其疲劳安全系数,完成曲轴疲劳强度的评估。并且将模态坐标时间载荷历程、模态计算结果、材料的S-N曲线依次导入到nCode Design Life中,利用模态应力恢复理论计算确定曲轴的全周期疲劳寿命。虚拟疲劳试验研究的结果表明,曲轴的疲劳强度和全周期疲劳寿命均满足预定的设计要求。综上所述,本文应用虚拟疲劳试验技术对内燃机曲轴进行疲劳研究,完全在计算机平台上实现了对曲轴结构的疲劳强度评估和全周期疲劳寿命的计算。在内燃机和其他产品的设计阶段可以使用该技术完成对结构的疲劳寿命评估与设计方案选优,并为实际物理样机的疲劳试验提供参考,以达到节省时间和经济成本的目的。