基于Abaqus的某增压发动机连杆有限元分析及仿真方法研究(1).docxVIP

基于Abaqus的某增压发动机连杆有限元分析及仿真方法

研究

黄河清，李相旺，黄凤琴，张志明，何宝俊，王雄

东风汽车公司技术中心,湖北武汉430058

摘要：某四缸汽油增压器发动机连杆在原有三缸增压发动机设计方案基础上需要进行优化来满足

新机型的参数指标，本文针对连杆设计过程中采用的有限元仿真分析方法进行探讨。分别从有限

元模型及边界条件、静强度及高周疲劳、刚度、接触面等角度对连杆设计进行了全面的分析与优

化，并同时对连杆不同的有限元仿真分析方法进行了对比分析。经过仿真-设计优化后，连杆设

计方案各可靠性评价指标均满足设计要求且顺利通过500小时耐久性试验。

关键词：连杆；有限元分析；疲劳失效；结构优化设计；仿真

FiniteElementAnalysisonConnectingRodofaTurbocharged

GasolineEngineandstudyaboutdifferentFEAapproaches

HuangHeqing,LiXiangwang,HuangFengqin,ZhangZhiming,HeBaojun,WangXiong

TechnicalCenter,DongFengMotorCo.,Wuhan430058

[Abstract]Theconnectingroddesignofa4-cylinderturbochargedgasolineengineisbasedonthe

original3-cylinderturbochargedgasolineenginemodel,tomeetthestandardofthenewenginemodel

thisarticlefocusesontheFEAsimulationmethodappliedintheconnectingroddesignprocess,fully

analyzesandoptimizesthedesignwithevaluationoftheFEmodelandboundarycondition,static

durabilityandhigh-cyclefatigue,rigidityandcontactcondition.DifferentFEAapproachesabout

connectingroddesignarealsodiscussed.Aftersimulation-optimizationprocesstheconnectingrod

designmeetsalldurabilitystandardsandpasses500-hoursdurabilitytest.

Keywords:ConnectingRod；FEA；Fatigue；Optimization；Simulation

前言

汽油发动机中的连杆是在发动机燃烧做功过程中的一个重要构件，其作用是将活塞的往

复直线运动转化为曲轴的旋转运动，并同时在活塞与曲轴之间进行力与功的传递。由于活塞

往复运动的速度不断变化，在上下止点处速度最小，在中间附近速度最大，活塞在运动过程

中对连杆小头施加往复惯性力，连杆承受拉压及惯性力等各种载荷。乘用车汽油发动机由于

高转速、高强度（涡轮增压等）、小型化、轻量化等因素对连杆的疲劳强度、刚度等可靠性

指标有很高的要求，即设计既要保证连杆结构能够承受高载荷，又要尽量减小其质量以降低

高速运动时的往复惯性力，同时保证发动机平稳运转并产生较小的振动与噪声。连杆如果强

度不足会导致断裂，刚度不足则会使大头孔变形失圆进而破坏润滑轴承烧损。同时连杆螺栓

预紧力不足会导致连杆大头与大头盖脱开造成连杆破坏，预紧力过大又会使螺栓断裂。图1

为对连杆失效模式的分析，在设计与仿真计算校核过程中必须有针对性地避免可能导致连杆

失效的设计失误。

载荷过大正常状态

应力水平过

大

可靠性问题

受力状态改

变

运动关系不

成立

受压失稳

轴瓦滑落

带来非正常

载荷

卡轴

图1.连杆失效模式分析

对连杆进行的有限元仿真计算方法有很多，但对于校核其可靠性的仿真计算基本流程大

致相同，如图2所示。

图2.连杆结构强度和疲劳分析基本流程

本文针对某四缸汽油增压器发动机连杆在原有三缸增压发动机设计方案基础上进行优

化来满足新机型参数指标并在连杆设计过程中对不同有限元仿真分析方法进行了比较探讨。

1发动机与连杆相关主要参数

本文中的四缸增压发动机在原三缸发动机基础上缸数、最高连续\短暂超速转速、冲程、

活塞质量，螺