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基于Abaqus的国六柴油发动机连杆疲劳强度分析

辛雪军1，胡海欧2，何常明1

1.安徽江淮纳威司达柴油发动机有限公司，合肥，230601；2.一汽轿车股份有限公司，长春，130021

摘要：运用Abaqus软件，对国六柴油发动机连杆疲劳强度进行分析。采用接触非线性分析

方法，对连杆在装配、最大爆发压力和最大惯性力3种工况下的应力进行求解计算；将

Abaqus求解的应力结果导入疲劳软件，计算连杆疲劳安全系数，指导连杆结构设计。

关键词：连杆，接触，过盈，疲劳，Abaqus

FatigueStrengthAnalysisofCNVIDieselEngine

ConnectingRodBasedonAbaqus

XINXuejun1,HUHaiou2,HEChangming1

(1.AnhuiJianghuaiNavistarDieselEngineCo.,Ltd,HeFei,230601;2.FAWCARCo.,Ltd,ChangChun,130021)

Abstract:ThispaperpresentsthefatiguestrengthanalysisofCNVIdieselengineconnectingrod

byusingAbaqussoftware.Firstly,stressesofconnectingrodunderassemblyload,max

compressionloadandmaxtensileloadwerecalculatedrespectivelybynon-linercontactmethod.

ThenimportstresssolvedbyAbaqustoFEMFATtocalculatetheconnectingrodfatiguesafety

coefficient.Theanalysisresultsareusedtoguidethestructuredesignoftheconnectingrod.

Keywords:connectingrod,contact,interference,fatigue,Abaqus

1.引言

连杆在发动机运行的过程中，承受着由燃气压力和惯性力共同作用产生的拉、压交变

载荷，处于疲劳应力状态。如果作为主要传力部件的连杆一旦发生疲劳断裂，将使整机受

到严重破坏。所以，在连杆的设计过程中，除了必须有足够的结构刚度和强度外，还必须校核连杆的疲劳强度。本文中，在国六开发过程中某柴油发动机的最大爆压要从160Bar提

升至180Bar，需要对原国五机型连杆进行加强，应用Abaqus软件，根据连杆的实际受载

情况，考虑装配载荷，轴瓦过盈和拉压交变载荷，计算连杆的疲劳强度，最后对连杆样件进行了疲劳试验验证，满足了设计目标。

2017SIMULIA中国区用户大会1

2.建模及加载

2.1建立有限元模型

有限元模型如图1，连杆有限元模型包括：连杆体、连杆盖、上下轴瓦、衬套、连杆

螺栓、活塞销、曲轴。螺栓采用四面体与五面体相结合的方法,衬套、轴瓦、活塞销采用8

节点六面体单元；连杆体、连杆盖采用二阶四面体单元C3D10M。对重点关注区域局部网

格细化处理。

图1.有限元模型图.

表1.材料属性表.

零件名称材料名称密度(t/mm3)弹性模量(MPa)泊松比

连杆C70S6YB7.82100.3

螺栓35CrMoA7.852060.3

连杆瓦08钢7.852100.3

衬套Steel7.852100.3

22017SIMULIA中国区用户大会

2.2边界条件

除螺栓与连杆螺纹接触面Tied外，其余零件根据装配关系定义面对面接触（contact

pair,smallsliding）。

约束：如图2所示，约束截取曲轴轴颈端面节点的三向平动自由度。

加载：分析设置了三个分析步，分别对应装配工况、最大惯性力工况和最大爆发压力

工况。在连杆与衬套之间、上下轴瓦之间分别施加图纸规定的过盈量，并将螺栓预紧力矩转化为轴向拉力后施加到螺栓上；在活塞销外端面RBE3耦合后根据工况不同分别加载向下或者向上集中力。具体载荷序列为：

Step1：加载螺栓预紧力59201N+连杆瓦过盈（0.2mm）；

Step2：加载向上爆发力21086N（最大惯性力工况）；

Step3：加载向下爆发力114686N（最大爆发压力工况）。

图2.约束及加载示意图.

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