摘要：目前，很多柴油机生产企业都在运用计算机建模和仿真软件进行虚拟样机设计，通过产品的应力分析和热负荷分析可以尽早发现问题、解决问题，降低生产成本和制造风险。虚拟样机的仿真分析受众多企业的追捧，成为新世纪产品研发的主流技术之一。
关键字：柴油机建模，有限元分析，连杆
1引言
有限元分析软件ANSYS具有结构分析、流体分析、热分析等多种功能，能有效地反映出柴油机高速运动部件应力分布情况。
本文对柴油机的仿真是通过Pro/E软件的模块化对燃烧室部件（活塞、气缸、汽缸盖）和曲柄连杆机构（连杆、曲轴）、凸轮轴、齿轮等运动部件的三维空间建模、装配，并利用ANSYS软件结构分析模块对连杆进行静态应力分析，从而确定柴油机的结构强度。
2三维建模
柴油机的机架、缸盖、缸套和主轴承等用来支撑柴油机机身和运动部件；凸轮轴为柴油机提供一个合适的配气正时和喷油正时；齿轮副是曲轴和凸轮轴两运动副传输力矩的重要啮合部件；摇臂组件保证了柴油机循环工作过程中顺利实现进排、气冲程。曲柄连杆机构是柴油机的主要运动件，包括活塞、曲轴和连杆，主要作用是将活塞的往复运动转换成回转运动，并输出动力。连杆能够将作用在活塞上的气体压力和惯性力传给曲轴，并将活塞的往复运动变成曲轴的回转运动。
通过直列柴油机的结构简化和各部件尺寸确定，可以初步建立柴油机零部件的三维模型，为虚拟样机的装配提供了必要的模型基础。
在对以上柴油机各部件模型进行组合装配时，部分零件尺寸不同于生产加工过程中零件的实际尺寸，需要对其之前的尺寸进行微调，甚至外观会发生局部的改动。图1为虚拟样机的模型装配图，为了清晰地看到各部件的装配位置和连接情况，模型经过半抛处理，如图1中右图所示。
图1 直列柴油机的装配模型
3连杆模型有限元的应力强度分析
连杆比较容易发生磨损和劳损的地方主要是连杆小端过渡处，杆身与大、小端过渡处，所以应对这几处进行网格细化工作。连杆三维模型导入ANSYS后，需要利用其二阶10节点四面体单元将将模型划分网格，在ANSYS中定义材料的弹性模量是2100MPa，泊松比是0.3，密度是7850kg/m3。另外，在不影响计算结果的前提下，尽量去除几何结构复杂的圆角和杆身、大端面形成的复杂几何结构。这些几何结构尺寸较小，对连杆结构强度分析结果影响很小，可是在ANSYS分析过程中会导致网格划分困难，加大了运算量和分析误差。网格划分的结果如图2-a所示，由于连杆模型是对称的，所以在对称面施加对称约束，在小端处施加全约束，大端的60°面上施加载荷，结果如图2-b所示。
图2 连杆的有限元网格划分图和施加载荷位置
图3 连杆受压的应变云图和应力云图
4结论
从连杆受压的应变云图和应力云图（图3）中，可以得知连杆运转过程受到最大压力时，应力最大的位置位于杆身的中间部位，受力比较均匀，其数值为108MPa；在压缩的工况下，连杆的变形有明显的梯度，在大端头变形量达到最大；受压应力小于材料的许用应力值，强度符合要求。
参考文献
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论文作者:代伟伟,张晓辉,沈业春,黄振
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：连杆论文; 柴油机论文; 应力论文; 模型论文; 曲轴论文; 结构论文; 网格论文; 《基层建设》2019年第20期论文;