LJ276M电控汽油机连杆有限元分析及优化

摘要

作为发动机重要零部件之一，连杆在工作过程中承受着大小和方向都呈现周期性变化的活塞销传来的气体作用力、本身摆动造成的连杆惯性力以及活塞组的往复惯性力。因此，连杆受到的是压缩、拉伸、弯曲等交变载荷，这就要求连杆具有足够的刚度和强度。当发动机动力性显著提高后，连杆承受着更高的气体压力，其结构也更容易遭受破坏，因此需对连杆进行分析以确定提升动力性后连杆是否仍满足强度和刚度要求。当前，随着计算机技术的日新月异，有限元技术在发动机零部件设计和分析中发挥着越来越重要的作用，因此本文运用有限元方法对LJ276M汽油机的连杆进行三维有限元结构分析，以研究连杆在不同情况下应力、应变和危险部位。 为此首先建立发动机示功图测取系统以获取进行有限元分析所需的示功图数据，然后以Pro/E为设计工具，以Pro/MECHANICA和ANSYS为分析平台，对LJ276M汽油机连杆进行结构分析及其性能优化设计。 文中运用Pro/E，基于特征建立了连杆的三维实体模型，对连杆实际受力情况、边界条件和施加载荷进行研究后，建立了连杆的有限元分析模型。通过分析计算，得到其在标定转速下最大压缩工况和最大拉伸工况的应力和位移结果。改为电控汽油机后，连杆在最大压缩工况下，其静强度安全系数n=2.059，杆身应力集中区域的最小拉压疲劳强度安全系数nσ=1.397，两者均大于其许用值，结果表明连杆在发动机缸内压力提高后其静强度和疲劳强度满足要求；然后进一步深入研究，对连杆的结构进行优化分析以确定在满足优化约束条件下连杆的最优化结构参数，与优化前相比，优化后电控汽油机连杆在最大压缩工况下最大应力值减少4.9％，静强度安全系数提高5.4％，因此优化后的连杆工作可靠性得到提高；最后进行连杆的模态分析，得到其固有频率和振型，从动态特性方面判断连杆工作的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3.1内燃机示功图测取技术的研究现状

1.3.2有限元法研究现状

1.3课题来源

1.4本课题研究的主要内容

第2章 LJ276M汽油机示功图的测录

2.1试验台架系统建立

2.1.1发动机

2.1.2 CB-466多通道发动机分析仪

2.1.3压力传感器

2.1.4电荷放大器

2.1.5曲轴转角传感器

2.1.6电涡流测功机及其控制系统

2.1.7打印机及绘图仪

2.2压力传感器的静态标定

2.3活塞上止点位置的确定

2.4试验及结果

2.5本章小结

第3章 LJ276M汽油机连杆结构静力学有限元分析

3.1有限元法简介

3.1.1有限元法的基本思想

3.1.2有限元法的特点

3.1.3有限元法的基本步骤

3.2连杆工作条件与结构特点

3.3连杆有限元分析的步骤

3.4 LJ276M连杆有限元分析

3.4.1基于Pro/E的连杆几何实体模型的建立

3.4.2基于Pro/MECHANICA的连杆有限元分析

3.4.3计算结果及分析

3.5连杆的静强度和拉压疲劳强度的校核

3.5.1连杆静强度校核

3.5.2连杆拉压疲劳强度校核

3.6本章小结

第4章LJ276M连杆的灵敏度分析和优化

4.1灵敏度分析

4.1.1灵敏度分析概述

4.1.2局部灵敏度分析

4.1.3全局灵敏度分析

4.2优化分析

4.2.1优化分析概述

4.2.2连杆优化分析

4.3本章小结

第5章连杆的模态特性分析

5.1模态分析概述

5.2连杆的模态特性有限元分析

5.2.1连杆模态分析模型的建立

5.2.2模态分析结果

5.3本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文