使用有限元分析的四轮连杆的设计和优化外文翻译资料

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

使用有限元分析的四轮连杆的设计和优化

D.Gopinatha,Ch.V.Sushmab*

摘要

使用内燃机的每个车辆根据发动机中的气缸数目需要至少一个连接杆，它承受大约至个循环的高循环载荷，其范围从由于燃烧的高压缩载荷到由于惯性的高拉伸载荷，因此，部件的耐久性是至关重要的。由于这些因素，连杆成为生产，材料，性能模拟等不同方面的研究课题。

本研究的主要目的是探索减少锻造钢，铝和钛连杆生产的机会，这需要执行详细的负载分析。因此，本研究涉及两个主题，第一，三种材料的连杆的静载荷应力分析，第二，锻造钢连杆的重量优化。

在这项研究中，首先使用CATIA开发了一个适当的几何模型。然后将该模型导入到HYPERMESH中，该HYPERMESH是有限元预处理器，其提供高度交互和可视化环境以分析产品设计性能并且开发有限元模型。

1、介绍

连杆是承载静态和动态波动负载的最关键的内燃机组件之一。连杆的优化很早以前就开始了，然而，日常消费者正在寻找更好的连杆。这就是为什么优化对于汽车行业尤其重要。组件的优化是使产生更强，更轻和总成本更低的产品，并且生产时间更少。连杆的设计和重量影响汽车性能，在优化期间考虑用于减轻重量的结构因素包括屈曲载荷因子，载荷下的应力，弯曲刚度和轴向刚度。因此，它影响了汽车制造的可信度。因此，该部件可以提供更高的强度，有效的设计和更轻的重量，将主要在汽车和制造业中成功运用。连杆优化的好处最终回到消费者本身。 主要目标是提高发动机性能，并加强确保人身安全的产品。由于强度不足以保持负载，连杆失效。通过将强度最大化，自动地延长连杆的寿命周期。在此过程中将应用和产生许多知识。

2、文献评论

K. Sudershan Kumar [1]等人，描述了连杆的建模和分析。在他的项目中，碳钢连杆被碳化铝连杆代替。发现铝碳化硼具有安全工作的工厂更接近理论工厂的安全，增加刚度48.55％，并减少应力10.35％。Vivek。 C. Pathade [2]等人，他通过有限元方法使用pro-e wild fire 4.0和ANSYS工作台11.0软件处理连杆的应力分析，并得出结论，在连杆小端引起的应力 大于在较大端处引起的应力，因此连杆故障的机会可能在两端的圆角部分。Pushpendra Kumar Sharma [3]等人使用软件执行连杆的静态FEA，并且执行所述优化以减轻重量。通过将锻造钢连杆的材料改为可裂化锻钢（C70），可以减轻重量。该软件给出了在整个连杆中的应力分布的视图，其给出了在制造阶段期间哪些部件将被硬化或被注意的信息。Ram bansal等人在他的论文中对使用FEA的铝合金连杆进行了动态模拟。 在连杆的分析中，在静载荷下进行应力分析和优化。进行静载荷分析以确定连接杆的内压应力。

3、连杆设计

连杆执行将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动的重要任务。它包括上叉部分，其装配在十字头轴承上，而下部部分装配在曲轴销轴承上。对于I.C.的分析 考虑发动机连杆的最关键区域，从而形成连杆的型号。发动机和连杆的不同尺寸如下。

3.1引擎配置

3.2 I型截面的标准比例

3.3 I型截面的尺寸

3.4最大拉伸力

4、有限元分析

FEA的目的是研究连杆所经受的应力和问题面积。 从应力轮廓，可以获得应力状态以及应力集中因子，并因此用于生命预测。 选择锻造钢连杆用于FEA，因为该连杆也在优化时使用。 线性弹性分析用于长寿命连杆设计，其中应力主要是弹性的。 因此，材料性能显示在下表1中

表1：材料的性能

连杆的模型在CATIA中如图1所示根据连杆的尺寸创建

图1：CATIA连杆的型号

4.1网格模型使用超网格

图2显示了HYPERMESH中连杆的网格模型。将四面体单元用于实体网格。 生成元素总数43367和节点总数67038。

图2：HYPERMESH中连杆的网格模型

4.2使用ANSYS进行连杆分析

静态分析用于确定由于不包括显着惯性和阻尼效应的负载引起的结构或部件中的位移引起的应力，应变和力。 假设在响应条件下的稳定负载， 可以在静态分析中应用的负载的种类包括外部施加的力和压力，稳态惯性力，例如重力或有理速度（非零）位移。 静态分析可以是线性或非线性的。 在我们目前的工作中，我们考虑线性静态分析。

图3显示了连杆模型的载荷。小端施加14MPa的压力，大端施加7MPa的载荷。 在连杆的小端施加2177.8N的拉力。

图3：连杆的装载条件

4.3 ANSYS的锻造钢结果

图4显示了对于给定负载条件，锻钢连杆中的von-mises应力分布。 最大值为63.55MPa，最小值为0.016456MPa。

图4：锻钢的von-mises应力

图5表示对于给定负载条件，锻钢连杆中的最大剪切应力分布。 最大值为36.378MPa，最小值为0.009479MPa。

图5：锻钢的剪切应力

5、锻造钢的结构分析结果

对于给定的锻造钢连杆承载条件的结构分析结果的最大值和最小值如下表2所示。

表2：锻钢连杆的结构分析结果

5.1铝的结构分析结果

对于铝连接杆的给定负载条件的结构分析结果的最大值和最小值在下表3中。

表3：铝连杆的结构分析结果