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連桿是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)件之一，其受載情況復(fù)雜，工作條件惡劣，一旦發(fā)生失效，會(huì)給整臺(tái)柴油機(jī)造成極為嚴(yán)重的損失。因此，如何確保連桿的安全可靠，尋求更為切合實(shí)際的強(qiáng)度分析方法，一直是柴油機(jī)設(shè)計(jì)者們所關(guān)心的課題。
從五十年代起，宇航、飛機(jī)、原子能和壓力容器等工業(yè)部門，相繼采用了以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)與分析。所謂可靠性是指系統(tǒng)、裝置或構(gòu)件，在規(guī)定的環(huán)境條件下，在規(guī)定的時(shí)間(或使用次數(shù))內(nèi)，不失效而實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的功能的概率。近二十年來(lái)，可靠性理論不斷向其他工業(yè)部門滲透，發(fā)展迅速，收效甚大。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于柴油機(jī)的強(qiáng)度分析，基本上是以安全系數(shù)法為基礎(chǔ)。對(duì)于連桿、曲軸等構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度分析，也是采用安全系數(shù)法。這是長(zhǎng)期以來(lái)工程設(shè)計(jì)人員把靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)概念延伸到疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中來(lái)的結(jié)果。
一般說(shuō)來(lái)，在靜強(qiáng)度分析中，材料的強(qiáng)度指標(biāo)，如屈服極限值和強(qiáng)度極限值，雖然也是隨機(jī)變量，但總起來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，其變異系數(shù)一般在2-5%之間。因此，在靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，選取較大的安全系數(shù)，離散性問(wèn)題，基本上可以忽略不計(jì)。但在疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，構(gòu)件的工作應(yīng)力和度勞強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，尤其是材料的疲勞強(qiáng)度(或疲勞壽命)是離散的，這是材料的一種固有特性。因此，在柴油機(jī)連桿的傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，盡管設(shè)計(jì)計(jì)算選取較大的安全系數(shù)，但仍然發(fā)生連桿斷裂事故。除因工藝、材料缺陷等非正常因素外，材料疲勞強(qiáng)度的離散是一個(gè)很重要的原因。由于工作應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，如采用安全系數(shù)法來(lái)分析構(gòu)件的安全可靠性，就可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。文獻(xiàn)資料提供了十幾種零件設(shè)計(jì)，其安全系數(shù)均為2.5，由于其應(yīng)力和強(qiáng)度，具有不同的離散性，其可靠度從0.6628到接近1，相差很大。這表明安全系數(shù)法不能確切、定量地反映構(gòu)件安全可靠的程度。
眾所周知，柴油機(jī)連桿的斷裂破壞，絕大多數(shù)屬于疲勞破壞。因?yàn)榱鸭y一般都是在最大局部應(yīng)力處萌生和擴(kuò)展，所以，疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)不同于于強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而是著眼于構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的局部應(yīng)力。為了較準(zhǔn)確地得到柴油機(jī)連桿各部分工作應(yīng)力的分布狀況和確定危險(xiǎn)截面的位置，采用了有限元計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。
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