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        柴油機連桿強度分析的有限元方法

        發布于:2015-12-19 14:34

        柴油機強度分析

              連桿是柴油機的主要運動件之一,其受載情況復雜,工作條件惡劣,一旦發生失效,會給整臺柴油機造成極為嚴重的損失。因此,如何確保連桿的安全可靠,尋求更為切合實際的強度分析方法,一直是柴油機設計者們所關心的課題。
              從五十年代起,宇航、飛機、原子能和壓力容器等工業部門,相繼采用了以概率論和數理統計為基礎的可靠性設計與分析。所謂可靠性是指系統、裝置或構件,在規定的環境條件下,在規定的時間(或使用次數)內,不失效而實現所規定的功能的概率。近二十年來,可靠性理論不斷向其他工業部門滲透,發展迅速,收效甚大。目前,國內關于柴油機的強度分析,基本上是以安全系數法為基礎。對于連桿、曲軸等構件的疲勞強度分析,也是采用安全系數法。這是長期以來工程設計人員把靜強度設計概念延伸到疲勞強度設計中來的結果。
              一般說來,在靜強度分析中,材料的強度指標,如屈服極限值和強度極限值,雖然也是隨機變量,但總起來說比較穩定,其變異系數一般在2-5%之間。因此,在靜強度設計中,選取較大的安全系數,離散性問題,基本上可以忽略不計。但在疲勞強度設計中,構件的工作應力和度勞強度都是隨機變量,尤其是材料的疲勞強度(或疲勞壽命)是離散的,這是材料的一種固有特性。因此,在柴油機連桿的傳統強度設計中,盡管設計計算選取較大的安全系數,但仍然發生連桿斷裂事故。除因工藝、材料缺陷等非正常因素外,材料疲勞強度的離散是一個很重要的原因。由于工作應力和疲勞強度都是隨機變量,如采用安全系數法來分析構件的安全可靠性,就可能導致錯誤的結論。文獻資料提供了十幾種零件設計,其安全系數均為2.5,由于其應力和強度,具有不同的離散性,其可靠度從0.6628到接近1,相差很大。這表明安全系數法不能確切、定量地反映構件安全可靠的程度。
              眾所周知,柴油機連桿的斷裂破壞,絕大多數屬于疲勞破壞。因為裂紋一般都是在最大局部應力處萌生和擴展,所以,疲勞強度設計不同于于強度設計,而是著眼于構件危險點的局部應力。為了較準確地得到柴油機連桿各部分工作應力的分布狀況和確定危險截面的位置,采用了有限元計算方法進行驗證。


         

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