柴油機連桿高周疲勞壽命預測方法研究.pdf

1、隨著科技和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，柴油發(fā)動機向著高強化、高功率密度方向發(fā)展，因此人們對柴油機的使用壽命提出了更高的要求。連桿作為發(fā)動機核心零部件，其疲勞破壞占自身故障比例約為60％～90%。因此在設計初期階段，通過有限元仿真結合疲勞壽命預測模型對連桿的工作壽命進行預測，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產(chǎn)生不同的應力狀態(tài)，可能為單軸應力狀態(tài)，也可能為多軸應力狀態(tài)，因此在建立疲勞損傷壽命預測模型時，需要根據(jù)應力狀態(tài)的不同選擇

2、合適的損傷參量。針對這一問題，本文通過對連桿進行瞬態(tài)動力學分析，得到疲勞危險部位考察點的應力時間歷程曲線，并判斷其應力狀態(tài)；采用理論與試驗相結合的方法，通過7種損傷參量對試件在單軸和多軸應力時預測的循環(huán)次數(shù)與試驗值對比，得到在不同應力狀態(tài)下相應的疲勞損傷壽命預測模型；根據(jù)由標準試件得到的壽命預測模型結論，結合連桿應力壽命曲線及累積損傷理論，對連桿不同危險部位進行壽命計算。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)動力學分析方法，得到連桿危險部位考察節(jié)點的應力-時間歷程曲線；采用多軸應力判斷準則，分析了連桿考察部位的應力狀態(tài)，分析表明連桿桿身部位是單軸應力狀態(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力狀態(tài)。該給論為后續(xù)疲勞損傷壽命預測模型的選擇提供了理論依據(jù)。
　　（2）借助標準試件試驗結果，利用有限元模擬試件在不同加載情況下的應力狀態(tài)，以Basquin

4、公式為基礎，選取7種損傷參量，絕對值最大主應力、最大主應力、帶符號等效應力、等效應力、剪應力、帶符號剪應力和臨界面參量，分別對試驗件進行壽命預測。將得到的結果與試驗值進行對比分析，找到了能夠合理預測單軸、多軸的高周疲勞損傷壽命預測模型。結論為在單軸應力狀態(tài)時宜采用絕對值最大主應力參量的損傷壽命預測模型，在多軸應力狀態(tài)時宜采用臨界面參量的損傷壽命預測模型進行壽命計算。
　　（3）根據(jù)（2）中的結論，對連桿桿身部位采用絕對值最大主應力