发动机是一个能量转换机构,即将汽油(柴油)的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时推动活塞做功,转变为机械能,由此维持内燃机的正常工作。曲柄连杆机构是发动机中最重要的部件之一,在能量转化过程中承受着复杂的交变载荷,曲柄连杆机构的疲劳失效及断裂问题将引起其他零件随之损坏,甚至于造成安全事故。随着时代的进步,消费者对于汽车机动性、可靠性、舒适性要求不断提高,这为研发者在相关领域的科研工作提出了严峻的考验。本文是以直列式四缸内燃机系统为研究对象展开研究的,对于行文构思有以下几点的陈述:首先,建立直列式四缸内燃机系统的数学模型,以此为基础推导各部件相互作用的力学及运动学方程。由于在建立曲柄和销轴之间的约束方程时模型出现了约束冗余现象,鉴于此本文将引入柔性连接理论来解除上述模型中出现的此类问题。其次,本文将会运用相应的动力学软件RECURDYN,通过创建作用在各个活塞上的样条曲线来模拟燃气对活塞的冲压作用。考虑到曲轴上承受力的复杂性以及活塞与汽缸壁之间存在的非线性接触问题,本文会根据工程实际要求分别运用模态柔性体建模理论及有限元柔性体建模理论对曲轴以及活塞建立相应的柔性体模型,并在此基础上推导柔性体系统的动力学方程。本文内燃机汽缸内的点火顺序为2-4-3-1,由于柔性体构件的工作原理有别于刚性体,而过大或过小的燃气冲压都会导致内燃机运行的失常。因此,全文的最后一个环节便是联合运用有限元软件ANSYS和动力学软件RECURDYN对内燃机系统进行刚柔耦合动力学分析,并在确保内燃机能够平稳运行的基础上,求解柔性体关键部位的关键信息。内燃机关键部位的强度和疲劳寿命分析是其实际研发过程当中不可或缺的环节,本文的另外一个工作重点便是利用所建立的刚柔耦合动力学模型求出柔性体构件上最危险点的动应力历程,当然所得结果将作为其疲劳寿命分析的载荷谱为内燃机后期的疲劳寿命分析提供数据支持。