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作為發(fā)動機用連桿螺栓，其工作環(huán)境惡劣，承受著交變載荷的影響，經(jīng)常處于疲勞應力狀態(tài)。由于其尺寸受到限制，設計或加工處理不好，都會產生嚴重的應力集中，導致出現(xiàn)疲勞裂紋乃至斷裂。因此，除一般的力學性能要求外，還對其抗疲勞性能有較高的要求。事實上，在對連桿螺栓進行疲勞試驗時，出現(xiàn)了循環(huán)近次后斷裂的現(xiàn)象，而其疲勞壽命要求的循環(huán)次數(shù)為次。針對該連桿螺栓出現(xiàn)的早期疲勞斷裂問題，利用軟件進行有限元分析，試圖找出其斷裂的真正原因所在，為改進設計及加工工藝提供理論依據(jù)。
考慮到連桿螺栓的滾絲工藝是在熱處理工藝之后完成的，使螺紋處得到了強化，故可完全忽略螺紋的影響。為更好地模擬螺栓的實際工作情況，在螺栓上裝配了螺母，并忽略螺紋的影響，將螺栓和螺母視為一個整體來建立幾何模型。
由于該連桿螺栓的頭部為六棱柱形，故建立實體模型。經(jīng)反復實踐后，選擇三維10節(jié)點四面體單元，在劃分網(wǎng)格時采用智能劃分，精度認為6。
在理論上，在螺栓與螺母的緊合面上，允許有平行于緊合面方向的位移。但在分析中，將螺栓與螺母作為一個整體來考慮，因此對螺栓的頭部施加了UX，UY，UZ方向的約束。運行過程中連桿螺栓承受著交變載荷，視為分布在螺母表面上的面載荷，其中最大載荷為167MPa，平均載荷為167MPa，最小載荷為92。對應于最大載荷的連桿螺栓應力分布見圖。
完成材料的應力壽命曲線、應力集中系數(shù)的設定，并手工輸入不同載荷下的6個應力分量以及循環(huán)次數(shù)后，系統(tǒng)可計算出耗用壽命系數(shù)。一般來說，如果該值小于6，則表明在經(jīng)受給定的應力循環(huán)次數(shù)后，該點不會發(fā)生疲勞破壞。計算結果表明，當目標循環(huán)次數(shù)為次時，其耗用命系數(shù)為5，即實際可循環(huán)的次數(shù)為6次。
由SOFIM連桿螺栓的靜力學分析結果可以看出，應力最大的地方出現(xiàn)在桿部與頭部的過渡圓弧處。由此可以斷定如果該連桿螺栓出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，則斷裂處必將在此連桿螺栓桿部與頭部的過渡處。而疲勞分析的結果則表明，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)7內，連桿螺栓將在循環(huán)次數(shù)為7時出現(xiàn)斷裂。可見，有限元分析的結果與試驗結果吻合較好，同時驗證了所建立有限元模型的正確性。
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