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本课题来源于国内某企业新型柴油机连杆的疲劳研究项目,采用有限元疲劳计算方法,研究发动机实际工况与加载拉压疲劳载荷的试验工况对连杆疲劳强度的影响,围绕连杆的有限元疲劳计算,用Python编写一套基于ABAQUS的脚本程序,创建连杆的有限元疲劳分析平台,以此实现连杆有限元疲劳寿命分析中动载荷的计算、载荷的自动加载及基于临界平面法疲劳计算理论的疲劳强度计算,并将计算结果用云图进行显示,对连杆的疲劳寿命进行分析,为企业提供有益的参考。本文的主要内容和主要结论如下:
使用液压伺服疲劳试验机对某厂新型柴油机的连杆进行拉压疲劳试验,在试验基数为5×106周次时测得连杆的疲劳安全系数Ks>1.9。选用临界平面法疲劳计算理论对连杆的拉压疲劳试验进行数值模拟,并与试验机上所做的拉压疲劳试验进行比较。结果表明,临界平面法疲劳计算理论可有效用于连杆的疲劳计算。
实际工况下连杆的运动非常复杂,不能单纯地将其受力简化为试验工况下的拉压载荷。为了研究这两种工况下不同的受力状况对连杆疲劳寿命的影响,在以上连杆疲劳试验和模拟计算的基础上,对在发动机实际工作中额定工况下的连杆进行了有限元疲劳计算。对于重型柴油机,会经常工作在最大扭矩工况,为得到较为保守的计算结果,在计算中选取发动机最大扭矩工况的燃烧压力代替额定工况的燃烧压力。计算中全面考察了该工况下连杆承受的各种惯性力和油膜压力,按发动机一个工作循环内的示功图每隔10°进行一次计算,得到72组动载荷,并分72个分析步将这些载荷分别加载到连杆有限元模型上,计算出连杆的准静态动应力。最后根据这些应力用临界平面法疲劳计算理论计算连杆各处的疲劳寿命。通过与拉压疲劳试验模拟结果的对比分析,表明考察额定工况下的受力状况的疲劳计算更能准确地反映连杆的疲劳特性。整个过程在ABAQUS软件中用Python语言编程来实现,并由此创建出连杆疲劳计算平台。