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曲轴连杆是发动机最重要的两个受力部件,其疲劳强度对发动机的可靠性和安全性具有重要意义。由于曲轴连杆结构复杂,在发动机结构设计和改进过程中,建立三维模型需要花费较多时间,而且在进行有限元强度分析时,其载荷条件的施加也比较困难。CAD二次开发技术和计算机辅助工程CAE的参数化编程语言的应用,能够方便快捷的建立三维模型和进行有限元疲劳强度分析,对缩短产品的开发周期,提高产品竞争力有重要意义。
首先,本文通过研究CATIA二次开发技术和CAA二次开发原理,利用CATIA提供的二次开发工具CAA,在分析曲轴连杆结构的基础上,建立了曲轴连杆的参数化建模系统。通过输入曲轴连杆的主要参数,能够快速生成曲轴连杆的三维几何模型,实现了曲轴连杆的参数化建模和局部结构尺寸的修改。
其次,将通过二次开发建立的曲轴连杆几何模型,导入前处理软件Hypermesh中进行网格划分,为了得到高质量的网格模型,在网格划分时,采用精度较高的10节点四面体二次单元solid187。
最后,通过对曲轴连杆工作过程中的受力分析,并进行合理的简化,计算出了曲轴和连杆在拉、压工况下的受力大小。利用ANSYS提供的APDL参数化语言编程,实现了曲轴连杆载荷的参数化加载和自动求解,得到曲轴连杆在拉、压工况下的应力云图,确定其危险点。并对曲轴进行了疲劳强度的自动求解编程,实现了快速求解曲轴各节点的安全系数;对连杆进行了基于接触理论的有限元分析,对危险点进行了疲劳校核。
通过本文的研究,大大简化了曲轴连杆的建模和有限元分析过程,为CAD/CAE的集成和应用提供了参考,在实际的生产应用中有一定的指导意义。