淺析機(jī)車柴油機(jī)機(jī)體縱向剛度計(jì)算

徐海濤 徐培武 朱小波

1 機(jī)體模型處理

柴油機(jī)機(jī)體非常復(fù)雜，在計(jì)算機(jī)體縱向剛度時(shí)一般還需要保留主軸承蓋、縱向螺栓、橫拉螺栓、缸套、缸頭、缸頭螺栓以及螺母等零件，模型處理工作較為復(fù)雜。

1.1 幾何模型處理

在能夠正確表達(dá)結(jié)構(gòu)或所關(guān)心部分力學(xué)行為的條件下，盡可能的去除模型中的小特征，包括小孔、小圓弧、尖角（小于12度），狹窄面、小邊碎邊（一般來說5mm以下的小特征建議去除）。如果可能，一些大尺寸特征在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下也可刪除，如某些不承受載荷的法蘭螺栓孔等。缸頭幾何特征對(duì)分析來說只是起到傳力左右，建議簡化成實(shí)體，處理完成的模型見圖1。

1.2 有限元模型處理

使用Hypermesh軟件劃分網(wǎng)格，機(jī)體使用高階四面體網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格尺寸控制在20mm左右，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的要求為：collapse>0.1。見圖2。

主軸承蓋使用高階四面體網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格尺寸控制在20mm左右，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的要求為：collapse>0.1。另外對(duì)于需要加載或后處理的孔，建議使用R-trias方式劃分網(wǎng)格。見圖3。

缸套使用低階六面體網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格尺寸控制在20mm左右，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的要求為：jacobian>0.5。缸頭用面單元代替。螺栓用桿單元代替，螺母用rbe2單元代替。見圖4。

為了方便計(jì)算收斂，各零件的連接處網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)保證一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于不滑動(dòng)的配合，合并節(jié)點(diǎn)。對(duì)于相對(duì)滑動(dòng)的面需要建立接觸單元。

2 約束、載荷與邊界條件

約束：除主軸承蓋與機(jī)體之間的接觸面定義為摩擦（摩擦系數(shù)0.1）外，其余所有接觸均采用節(jié)點(diǎn)耦合的方式代替。

載荷：按照組裝順序依次添加螺栓預(yù)緊力的載荷，為了簡化過程，可將同一類的螺栓同時(shí)加載。如文中所示柴油機(jī)，先預(yù)緊主軸承縱向螺栓，再預(yù)緊主軸承橫向螺栓，最后預(yù)緊缸頭螺栓。

邊界條件：使用桿單元模擬柴油機(jī)支撐，可以對(duì)支撐點(diǎn)施加相應(yīng)的位移約束。應(yīng)當(dāng)注意不要過約束，圖5為一種參考。

3 計(jì)算與結(jié)果后處理

使用ansys計(jì)算，采用線性靜態(tài)多載荷部計(jì)算方法。計(jì)算結(jié)果使用hyperview處理。對(duì)機(jī)體縱向剛度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是，主軸承座的階梯度，可以通過截取放大云圖來觀察變形趨勢。見圖6。在后處理模型中定義階梯度取值的點(diǎn)，即可作出主軸承孔的階梯度的變化情況。

4 結(jié)論與建議

本文以某型柴油機(jī)機(jī)體為例詳細(xì)闡述了機(jī)體縱向剛度有限元分析的技術(shù)方法，為類似分析提供有益參考。

1、文中所示方法明確了機(jī)體組建模型處理的方法，量化了有限元網(wǎng)格的技術(shù)指標(biāo)

2、對(duì)機(jī)體有限元計(jì)算中的約束、載荷與邊界條件做了詳細(xì)的闡述。

3、對(duì)計(jì)算結(jié)果的評(píng)價(jià)給出了合適的方法。

作者簡介

徐海濤，男，1988年8月28日，江蘇宿遷，碩士研究生，機(jī)械工程，助理工程師，中車戚墅堰機(jī)車有限公司。

（作者單位：中車戚墅堰機(jī)車有限公司）