隨著對內燃機結構零件可靠性要求的不斷提高以及計算機技術的迅速發(fā)展，有限元分析法在內憔機結構設計與強度研究中起著越來越重要的作用。目前，內燃機結構有限元分析的誤差主要來源于邊界條件的處理不當，而不在于有限單元的離散誤差。對于活塞的邊界條件己經(jīng)進行了比較多的研究，而連桿、特別是斜切口連桿，其邊界條件如何處理，尚存在一些問題匕本文針對斜切口連桿，就其力邊界條件(載荷)和位移邊界條件(約束)的處理進行探討。
      目前，在連桿的有限元分析中，為簡化起見，通常采用二質量系統(tǒng)來替代實際的分布質量系統(tǒng)。這時，連桿小端和大端的載荷不相等，即連桿承受不平衡載荷。在此種載荷下，無論約束小端或大端，約束點附近的應力都將嚴重失真。此外，不平衡載荷還使連桿產(chǎn)生不真實的附加應力。
      將連桿小端、大端和桿身分開處理，建立需要分析的幾何模型，按最大拉力工況和最大壓力工況，用各自的載荷進行靜力計算。計算桿身時采用整體連桿模型。
      計算小端時，在小端孔內表面加上式所示的載荷，將桿身橫斷面作縱向約束；計算大端時，在大端孔內表面加上式(2)或式(5)所示的載荷，在桿身橫斷面處作縱向約束；計算桿身時，在大、小端孔中同時加上式(3)或式(6)所示的載荷。大、小端內孔載荷均按，1500余弦分布。
      從圖可以看出，應力分布未出現(xiàn)失真現(xiàn)象。但是這種大、小端和桿身分開計算的模型，用于計算結構不對稱的斜切口式連桿時，若約束處理不當，仍將導致一定誤差。
      通過采用大端、小端、桿身分開計算的幾何模型，載荷不平衡的問題得以解決。但是，即使是平衡載荷，如果位移邊界條件給定得不當，即約束處理得不當，仍然會得出錯誤的結果。按文獻〔月所述約束處理方法進行整體連桿計算，應力分布仍會出現(xiàn)失真，即最大拉力工況下在約束點附近產(chǎn)生虛假壓應力，最大壓力工況下在約束點附近產(chǎn)生虛假的拉應力。
      對平面彈性問題，為了限制剛體位移，至少要約束3個自由度。小端和大端分開計算時，約束簡易處理，只需約束截斷面處所有節(jié)點的縱向自由度，并約束其中央節(jié)點的橫向自由度。
      文獻認為小端結構對稱，離不對稱的大端較遠，故主張約束小端(約束小端中心纖上自由表面上之一點的二個自由度及內部某點的一個自由度)。這種約束處理會造成前述的應力失真。為此將其改為約束小端內緣接觸表面中央結點的二個自由度，并約束其附近的內部結點的一個橫向自由度。按此計算，結果有所改善，但仍然存在應力局部失真。

                                                                                  專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                  杭州納泰科技咨詢有限公司
                                                                          本文出自杭州納泰科技咨詢有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！