目的為獲得合適的裂解力,以某款轎車發(fā)動機(jī)連桿為研究對象,應(yīng)用擴(kuò)展有限元法（Extended Finite Element Method,XFEM）對裂解工藝中的裂解力進(jìn)行計(jì)算分析。方法根據(jù)部件的實(shí)際尺寸建立預(yù)制初始微裂紋條件下的連桿裂解有限元模型,確定相關(guān)的材料參數(shù),并進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,確定部件之間的約束類型。以應(yīng)力強(qiáng)度因子大于材料斷裂韌度,裂紋即擴(kuò)展為依據(jù),反復(fù)試算得出應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到斷裂韌度時(shí)的裂解力,進(jìn)而通過大量計(jì)算和數(shù)據(jù)擬合得出初始微裂紋長度與裂解力之間的關(guān)系。分析裂解力對塑性區(qū)的影響,為裂解力閾值確定給出參考。結(jié)果當(dāng)裂解力能夠滿足裂解工藝要求時(shí),預(yù)制的初始微裂紋長度應(yīng)盡可能小。結(jié)論最為理想的裂解力為材料斷裂韌度對應(yīng)的裂解力。文中提出的分析方法也適合于求解各類連桿的裂解力。 

【文章來源】：裝備環(huán)境工程. 2019,16(03)

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連桿裂解加工原理

·108·裝備環(huán)境工程2019年3月圖2位于網(wǎng)格內(nèi)任意位置的裂紋,sin,cos,sinsin,sincos2222rrrrr(3)1.3有限元模型的建立連桿材料為高碳合金鋼C70S6，其裂解槽幾何參數(shù)和材料參數(shù)見表1。在裂解過程中，連桿小頭端、桿身幾乎不產(chǎn)生變形和位移，在有限元分析過程中可以忽略。由于直切口連桿關(guān)于主軸中心對稱，因此建立大頭端的1/2模型進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)圓角對連桿裂解過程幾乎不產(chǎn)生影響，因此在建模中簡化。通過靜力分析求解裂解力及裂解力的影響因素，因此未考慮加載時(shí)的動態(tài)沖擊。分析過程中，載荷直接通過多點(diǎn)約束（MPC，Multi-pointsconstraint）施加在連桿蓋上[15]。表1裂解槽幾何特征參數(shù)裂解槽幾何參數(shù)大頭孔直徑/mm大頭孔厚度/mm裂解槽張角2α/(°)裂解槽深/mm曲率半徑/mm數(shù)值41.817.9900.60.2材料參數(shù)彈性模量/GPa泊松比斷裂能/(N·m1)抗拉強(qiáng)度/MPa斷裂韌度/(MPa·m1/2)數(shù)值2100.37700094539.74定義分析選項(xiàng)時(shí)，采用幾何非線性計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率和路徑。計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，設(shè)定裂紋不擴(kuò)展，應(yīng)不考慮幾何非線性。設(shè)置裂紋類型為XFEM裂紋，計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率及路徑時(shí)可擴(kuò)展，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)不可擴(kuò)展。連桿斷裂剖分時(shí)，由于微裂紋于切口根部萌生，同時(shí)發(fā)生小范圍屈服，為精確分析塑性區(qū)范圍，需細(xì)化切口附近網(wǎng)格。根據(jù)上述特點(diǎn)，將連桿大頭端劃分為裂紋區(qū)與非裂紋區(qū)，連桿模型區(qū)域劃分情況如圖3所示。預(yù)制初始裂紋附近區(qū)域網(wǎng)格采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元C3D8R，有限元模型單元總數(shù)約為56萬，裂紋附近區(qū)域網(wǎng)格數(shù)大于45萬，?

此殺?斷裂能/(N·m1)抗拉強(qiáng)度/MPa斷裂韌度/(MPa·m1/2)數(shù)值2100.37700094539.74定義分析選項(xiàng)時(shí)，采用幾何非線性計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率和路徑。計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，設(shè)定裂紋不擴(kuò)展，應(yīng)不考慮幾何非線性。設(shè)置裂紋類型為XFEM裂紋，計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率及路徑時(shí)可擴(kuò)展，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)不可擴(kuò)展。連桿斷裂剖分時(shí)，由于微裂紋于切口根部萌生，同時(shí)發(fā)生小范圍屈服，為精確分析塑性區(qū)范圍，需細(xì)化切口附近網(wǎng)格。根據(jù)上述特點(diǎn)，將連桿大頭端劃分為裂紋區(qū)與非裂紋區(qū)，連桿模型區(qū)域劃分情況如圖3所示。預(yù)制初始裂紋附近區(qū)域網(wǎng)格采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元C3D8R，有限元模型單元總數(shù)約為56萬，裂紋附近區(qū)域網(wǎng)格數(shù)大于45萬，占總網(wǎng)格的數(shù)80%以上。根據(jù)實(shí)際情況確定其邊界條件和約束。在相互作用模塊創(chuàng)建耦合約束，在耦合點(diǎn)加載集中作用力，集中作用力垂直于預(yù)定斷裂面加載，對稱面上施加對稱約束。連桿裂解時(shí)，連桿小頭固定，連桿大頭在動套的作用下使連桿蓋與連桿體沿預(yù)制裂解槽裂解分離，因此在大頭截?cái)嗵幨┘游灰萍s束，如圖4所示。采用靜力分析裂紋區(qū)域的應(yīng)力強(qiáng)度因子，并與材料斷裂韌度進(jìn)行對比，通過反復(fù)試算最終得到材料斷裂韌度對應(yīng)的裂解力。圖3連桿模型網(wǎng)格劃分情況圖4載荷及邊界條件定義2計(jì)算結(jié)果及分析2.1初始微裂紋長度與連桿裂解力的關(guān)系斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K用于描述外力和裂紋尺寸的幾何效應(yīng)，可概括為：KYπa(4)式中：a代表裂紋特征尺寸；代表外力場；Y為幾何形狀因子，描述裂紋及結(jié)構(gòu)幾何的作用。KI存在閾值KIC，KIC為斷裂韌度。一定條件下，KIC為關(guān)于材料的常數(shù)，可由試驗(yàn)測定，K

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3503635