发动机连杆设计与强度分析开题报告

2021-03-11 00:20:23

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1目的及意义

随着汽车行业快速的发展，人们对汽车的驾驶性能、舒适性和经济性要求越来越高，而这些指标与汽车的发动机有着直接的关联。为了提高这些指标，近来人们对汽车发动机的连杆做了大量的研究^[1~4]。连杆是内燃机的主要运动部件之一，是承载静态和动态波动负载的最关键的内燃机组件之一，它在工作中所受的各种外载荷复杂且作周期性变化，机械负荷严重，工作条件恶劣，故连杆的刚度、强度及质量等参数对于整个汽车发动机安全可靠的运行有着直接的影响^[5,6]。因此，连杆的可靠性一直也是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。连杆的研究和设计工作一直都在进行着，在分析连杆的应力和应变时，考虑这些外力和复杂运动的因素，将得到更符合实际的结果，这样能为进行连杆可靠性的优化设计提供准确的理论依据^[7,8]。现本研究，想通过设计一种连杆，运用有限元软件进行建模，然后对其进行疲劳分析，验证其疲劳系数是否符合安全要求。

1.2国内外的研究现状分析

经过近50年特别是最近30年的发展，有限元法的基础理论和方法已经比较成熟，有限元计算结果可以作为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。在研究连杆时使用有限元方法，可以很直接的分析连杆的结构问题、热负荷问题和高周疲劳问题。有限元技术的应用提高了连杆的可靠性，缩短了设计周期。近几年来，随着计算机软硬件水平的提高，连杆有限元技术有取得了许多新的进展^[9,10]。

赵知辛，王方成，荆浩旗等人，运用有限软件与 ,模态分析基本理论的结合，对连杆进行了可靠性分析，得到了连杆的疲劳寿命、模态振型和共振区域^[9]。王裕林，陈亮，杨秀锋，李飞等人，利用 ANSYSWorkbench对连杆进行建模，应用 Miner 法则和雨流计数法对连杆进行了恒定载荷疲劳强度分析和随机载荷应力疲劳强度分析，得出了连杆的交替等效应力分布、寿命、安全系数、雨流矩阵及相对损伤分布^[10]。

K.Sudershn Kumar, Dr. K. Tirupathi Reddy, Syed Altaf Hussain等人将连杆的材料从碳钢换成铝合金与碳化硼，在ansys12.0中导入模型并分析，得出重量、安全系数、刚度、变形和截面方面等方面与原材料碳钢的区别^[13]。 Shenoy, P. 和 Fatemi, A.通过迭代程序，单独处理成本和重量，实现连杆重量的优化，在这个研究中，还进行了动态拉伸载荷和静态压缩载荷作为两个极端载荷的循环载荷下的重量优化^[14]。 Saharash Khare, O.P. Singh , K. BapannaDora, C. Sasun等人开发了一个实验室测试装置来关联和再现现场故障，在连杆组件的有限元模型中使用从实验获得的载荷和边界条件，分析连杆的剥落问题^[15]。 D.Gopinatha和Ch.V.Sushmab进行发动机连杆的设计和优化，他们用三种材料的连杆进行静载荷应力分析，然后进行锻造钢连杆的重量优化。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

查阅和收集发动机连杆设计的有关资料，翻译外文文献，结合本科期间所学知识，运用CATIA或者ansys等有限元软件，设计出一款发动机连杆，并在ansys软件中建立连杆的模型，设定参数，施加约束，然后采用有限元计算和应力疲劳分析相结合的方法，对发动机连杆模型进行结构应力和高周疲劳计算，分析结果，该连杆是否满足安全运转要求。

2.2目标

设计出一款发动机连杆模型，并运用有限元和应力疲劳相结合的方法，验证其是否符合安全运转要求。

2.3拟采用的技术方案及措施

1）查询相关研究文献，翻译外文文献。收集发动机设计或者连杆设计有关的书籍，查阅连杆设计有关的方法和数据。

2）运用有限元软件catia软件或者ansys软件设计一款发动机连杆，并画出模型。

3）在ansys软件中，设置连杆参数，施加约束，确定边界条件，划分网格，进行有限元计算。

4）对计算结果进行分析，与应力疲劳相结合，对发动机连杆进行结构应力和高周疲劳的计算，得出计算结果，对连杆是否符合安全要求进行评定。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关书籍，了解设计所需要的相关知识，并且完成开题报告；

第4-6周：去工厂或是实验室观察连杆的实际构造以及生产过程，全面了解连杆；

第7-10周：绘制设计连杆的二维、三维尺寸图，设计完后做相应的检查；

第11-14周：建立连杆的有限元分析模型，对连杆进行强度分析计算；

第15周：完成毕业论文；

第16周：答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 成大先主编，机械设计手册（1-5卷）[M]. 化学工业出版社，2002

[2] 唐增保等主编，机械设计[M]. 华中理工大学出版社，2004

[3]陈家瑞，汽车构造(上册)，长春:吉林科技出版社，2001: 24-}-40.

[4]陆耀祖.内燃机构造与原理「M].北京:中国建材工业出版社，2004.34

[5]杨连生.内燃机设计「M].北京:中国农业机械出版社，1987.5889

[6]柴油机设计手册编辑委员会.柴油机设计手册(上册)[M].北京:中国农业出版社，1984.523553

[7]卢旭迪.某型柴油机连杆结构强度分析研究fDl.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2011

[8]Esmaeel Seyedabadi. Finite Element Analysis of Lift Arm of a MF-285 Tractor Three-PointHitch[J]. Fail. Anal. and Preven. (2015) 15:737–743

[9]赵知辛，王方成，荆浩旗。基于有限元的发动机连杆可靠性分析 [[J]。组合机床与自动化加工技术，1001-2265（2014）09-0035-04

[10]王裕林，陈亮，杨秀锋，李飞。基于AWE 的某型发动机连杆疲劳强度分析[J]。组合机床与自动化加工技术，1001 － 2265( 2016) 08－0009－03

[11]胡小华。摩托车发动机连杆疲劳可靠性分析及寿命预测。重庆：重庆交通大学硕士毕业论文，2014

[12]川方丹.LJ276M电控汽油机连杆有限元分析及优化 [D].武汉:武汉理工大学，2009

[13]K.Sudershn Kumar, Dr. K. Tirupathi Reddy, Syed Altaf Hussain. Modeling andAnalysis of Two Wheeler Connecting Rod International Journal of ModernEngineering Research[J].Vol.2, Issue.5, Sep-Oct. 2012 pp-3367-3371

[14]Shenoy,P. , Fatemi, A.. Connecting Rod Optimization for Weight and CostReduction[J]. SAE Technical Paper 2005-01-0987, 2005,doi:10.4271/2005-01-0987.

[15]SaharashKhare, O.P. Singh , K.Bapanna Dora, C. Sasun.

Spalling investigation of connecting rod[J].EngineeringFailure Analysis 19 (2012) 77–86.

[16]D.Gopinatha ,Ch.V.Sushmab .Design andOptimization of Four Wheeler Connecting Rod Using Finite Element Analysis[J]. MaterialsToday: Proceedings 2 ( 2015 ) 2291 – 2299

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