论文-对曲轴疲劳强度的联合计算

页眉处请留白PAGE页脚处请留白AVLEXCITEPU与ABAQUS&FEMFAT对曲轴疲劳强度的联合计算[摘要]本文利用AVLEXCITEPU与ABAQUS及FEMFAT软件相结合，对曲轴疲劳强度进行计算，并进行了优化。关键词：曲轴；疲劳强度主要软件：AVLEXCITEPUABAQUSFEMFATCrankshaftFatigueStrengthSimulationwithAVLEXCITEPU/ABAQUSandFEMFAT[Abstract]ThistextsimulatestheCrankshaftfatigueStrengthusingAVLEXCITEPU/ABAQUSandFEMFAT,andmakesaoptimization.Keywords:Crankshaft；FatigueStrengthSoftware:AVLEXCITEPU；ABAQUS；FEMFAT1.前言曲轴是内燃机中相当重要的一个零件，它是在周期变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及它们的力矩作用下工作的，因此承受着扭转和弯曲的复杂应力。由于曲轴弯曲与扭转振动而产生附加应力，再加上曲轴形状复杂，机构变化急剧，产生了严重的应力集中。因此在设计阶段，对曲轴进行疲劳强度分析尤为重要。2.曲轴疲劳强度分析的主要算法简述分析过程将曲轴简化为由几种转动惯量和扭转弹性直轴段组成的离散体系，两个不同直径的轴段连接处即曲柄圆角位置产生应力集中，容易发生断裂。分析过程中，根据FVV方法计算得到安全系数最小的曲柄臂，再利用单位载荷法计算半曲拐在单位位移下的应力分布，得到12个单位载荷下的应力场。利用EXCITEPU提取应力载荷，再联合ABAQUS及FEMFAT，进行应力合成和疲劳分析，得出安全系数。图图1分析流程示意图图图212个单位载荷下的应力场示意图3.疲劳分析模型搭建曲轴疲劳强度分析模型主要包括4类实体单元、2类径向支撑单元、2类轴向支撑单元和1类滑动支撑单元。实体单元为线弹性实体，通过缩减得到的刚度和质量矩阵表示。曲轴应用Autoshaft缩减弹性实体，主轴承臂主要缩减与轴承的接触表面节点及轴向止推轴承节点。Generic为刚性固定实体，仅定义缸套上下支撑点，连杆采用ConrodModeler方法，通过设置材料参数及几何尺寸来定义。径向支撑单元、轴向支撑单元及滑动支撑单元均只表示非线性支撑关系，没有质量属性。搭建的模型如图3所示。图4图4主轴承壁图3疲劳强度动力学模型4.计算结果利用FVV方法得到安全系数的结果如表1WEB1WEB2WEB3WEB4WEB5WEB6WEB7WEB8MJ1.021.381.441.381.321.291.330.97P1.021.291.141.181.291.291.150.77表1表1各圆角最小安全系数baba图图5最小安全系数FVV结果显示，web8与web1主轴颈侧安全系数均较低，web8曲柄销侧安全系数较低，所以选取web1@2000rpm和web8@3000rpm进行精确计算。精确计算结果如表2WEB1WEB8MJ2.1971.064P1.1881.324表2web1&web8圆角最小安全系数表2web1&web8圆角最小安全系数web最小安全系数所在位置应力幅平均应力web1-pinweb1-mjweb8-mjweb8-pin精确计算结果显示,web8主轴颈侧安全系数最低,且低于常用评判标准1.1,故对其做相应优化,原圆角尺寸1.5mm,将其加大到1.8,重新计算其安全系数,结果如下图6web8_mj优化后详细计算结果dcba图6web8_mj优化后详细计算结果dcba优化后最小安全系数为1.227,满足常用评判标准1.1。4.结论（1）通过PUFVV方法计算，可知第一曲柄臂与第八曲柄臂安全系数低。（2）通过ABAQUS与FEMFAT的联合计算，第一曲柄臂的安全系数满足常用评判标准1.1，第八曲柄臂曲柄销侧最小安全系数满足常用评判标准1.1，主轴颈侧最小安全系数低于常用评判标准。（3）第八曲柄臂主轴颈侧圆角半径由1.5优化为1.8，最小安全系数满足1.1。5.结语通过EXCITEPU可以得到曲轴轴颈在各种运行工况下的载荷，运用ABAQUS软件可以得到圆角子模型的详细结构，再运用FEMFAT将得到的载荷与