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隨著對(duì)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)零件可靠性要求的不斷提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，有限元分析法在內(nèi)憔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度研究中起著越來(lái)越重要的作用。目前，內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析的誤差主要來(lái)源于邊界條件的處理不當(dāng)，而不在于有限單元的離散誤差。對(duì)于活塞的邊界條件己經(jīng)進(jìn)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(wèn)題匕本文針對(duì)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(jìn)行探討。
目前，在連桿的有限元分析中，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，通常采用二質(zhì)量系統(tǒng)來(lái)替代實(shí)際的分布質(zhì)量系統(tǒng)。這時(shí)，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(wú)論約束小端或大端，約束點(diǎn)附近的應(yīng)力都將嚴(yán)重失真。此外，不平衡載荷還使連桿產(chǎn)生不真實(shí)的附加應(yīng)力。
將連桿小端、大端和桿身分開(kāi)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(jìn)行靜力計(jì)算。計(jì)算桿身時(shí)采用整體連桿模型。
計(jì)算小端時(shí)，在小端孔內(nèi)表面加上式所示的載荷，將桿身橫斷面作縱向約束；計(jì)算大端時(shí)，在大端孔內(nèi)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(jì)算桿身時(shí)，在大、小端孔中同時(shí)加上式(3)或式(6)所示的載荷。大、小端內(nèi)孔載荷均按，1500余弦分布。
從圖可以看出，應(yīng)力分布未出現(xiàn)失真現(xiàn)象。但是這種大、小端和桿身分開(kāi)計(jì)算的模型，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的斜切口式連桿時(shí)，若約束處理不當(dāng)，仍將導(dǎo)致一定誤差。
通過(guò)采用大端、小端、桿身分開(kāi)計(jì)算的幾何模型，載荷不平衡的問(wèn)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(dāng)，即約束處理得不當(dāng)，仍然會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果。按文獻(xiàn)〔月所述約束處理方法進(jìn)行整體連桿計(jì)算，應(yīng)力分布仍會(huì)出現(xiàn)失真，即最大拉力工況下在約束點(diǎn)附近產(chǎn)生虛假壓應(yīng)力，最大壓力工況下在約束點(diǎn)附近產(chǎn)生虛假的拉應(yīng)力。
對(duì)平面彈性問(wèn)題，為了限制剛體位移，至少要約束3個(gè)自由度。小端和大端分開(kāi)計(jì)算時(shí)，約束簡(jiǎn)易處理，只需約束截?cái)嗝嫣幩泄?jié)點(diǎn)的縱向自由度，并約束其中央節(jié)點(diǎn)的橫向自由度。
文獻(xiàn)認(rèn)為小端結(jié)構(gòu)對(duì)稱，離不對(duì)稱的大端較遠(yuǎn)，故主張約束小端(約束小端中心纖上自由表面上之一點(diǎn)的二個(gè)自由度及內(nèi)部某點(diǎn)的一個(gè)自由度)。這種約束處理會(huì)造成前述的應(yīng)力失真。為此將其改為約束小端內(nèi)緣接觸表面中央結(jié)點(diǎn)的二個(gè)自由度，并約束其附近的內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的一個(gè)橫向自由度。按此計(jì)算，結(jié)果有所改善，但仍然存在應(yīng)力局部失真。
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