发动机连杆三维实体建模和有限元分析.pdf

第１５卷第３期交通科技与经济Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．３
２０１３年５月Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｙｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＭａｙ，２０１３

发动机连杆三维实体建模和有限元分析

刘龙超１，朱荣福２
（１．北京亚新科天纬油泵油嘴股份有限公司研究所，北京１００１６６；２．黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，黑龙江哈尔滨
１５００５０）

摘要：应用Ｐｒｏ／Ｅ建立发动机连杆的三维实体模型，将简化后的模型导入ＡＮＳＹＳ软件中，再进行网格划分。施
加约束和载荷，建立连杆有限元模型，然后进行连杆有限元分析，得到变形过程中的应力场、应变场的分布。为进
行发动机连杆的结构分析建立基础。
关键词：发动机；连杆；有限元；静力学分析
中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标志码：Ａ文章编号：１００８－５６９６（２０１３）０３－０１２１－０２

Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａ３Ｄｅｎｔｉｔｙｍｏｄｅｌａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｏｆ
ｅｎｇｉｎｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄ

ＬＩＵＬｏｎｇ－ｃｈａｏ１，ＺＨＵＲｏｎｇ－ｆｕ２
（１．ＡＳＩＭＣＯＴｉａｎｗｅｉＦｕｅｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｔｏｃｋＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１６６，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００５０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｔｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｅｎｇｉｎｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅＰｒｏ／Ｅ
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ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｇｒｉｄｄｉｖｉｓｉｏｎｗｉｔｈｉｍｐｏｓｅｄｒｅｓｔｒａｉｎｔａｎｄｌｏａｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｆｉｎｉｔｅ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ

有限元法，是一种用于求解微分方程组或积分作，要求比较精确。通常要对影响计算结果极小的
方程组数值解的数值技术。大多数实际问题非常圆角、倒角进行简化处理，以避免有限元网格的尺
复杂，很难得到准确解，通过有限元法用简单的问寸大小相差悬殊，影响有限元单元质量和计算精
题代替，从而得到问题的近似解。由于有限元法计度。三维设计软件Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ作为当今世界机
算精度高，适应各种复杂形状，逐渐成为工程上有械ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ领域的新标准，得到了业界的
效的分析手段。认可和推广，本文应用Ｐｒｏ／Ｅ对连杆进行三维实体
连杆是发动机的重要构件之一，其可靠性对发建模，如图１所示。
动机有着决定性的影响，有限元法作为工程技术领
域中常用的计算分析工具，被许多学者用于研究发
动机连杆的应力、应变等相关问题。

１连杆三维实体模型
有限元几何模型的构建是一项非常重要的工

收稿日期：２０１３－０１－１６
图建立的连杆三维实体模型
作者简介：刘龙超（１９８９－），男，助理工程师，研究方向：汽车内燃机１Ｐｒｏ／Ｅ
与燃油喷射系统．
·２２１·交通科技与经济第１５卷

２连杆有限元模型

将连杆三维实体模型导入到ＡＮＳＹＳ中，采用
二阶１０节点四面体单元类型对连杆实体模型进行
网格划分，采用ＳＯＬＩＤ１８７单元，共３４４００个网格，
４３０００个节点，连杆的网络划分模型如图２所示。
发动机连杆的材料是中碳结构钢４０ＣｒＭｎ，泊松比
０．３，弹性模量２０６ＧＰａ，密度７８００ｋｇ／ｍ３。

图２连杆的网格划分模型

３边界约束条件
边界条件的施加方式与有限元网格模型的生
成方式直接相关，由于实际情况往往是比较复杂
的，如果完全按照实际情况约束，实际上是不必要
的，有时也是不可能的。所以在施加边界条件的时
４５°的截面位置以及连杆杆身与大端的过渡圆角，分
候，本文进行了合理的简化假设。
析结果与实际情况吻合。
在模拟计算中，连杆作为一个二力杆，在一端
固定中心线，另一端上施加作用力。应力云图和位
移变形图在下面的分析中分成拉工况和压工况两
种