车用发动机连杆载荷谱编制技术研究

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曲柄连杆机构是往复活塞式发动机中能量转换的核心机构，承担着把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动从而输出扭矩的任务。在发动机工作过程中，曲柄连杆机构受力十分复杂，例如周期性变化的气体压力，活塞、连杆的往复惯性力和曲轴的旋转离心力等。

随着现代发动机功率密度的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件愈加苛刻，因此对发动机连杆进行强度计算和疲劳寿命试验，已成为发动机可靠性设计和试验的核心步骤。

在周期性变化的动载荷作用下，连杆的破坏大多是高周疲劳断裂。传统的连杆疲劳试验规范-般执行行业标准或企业标准，在试验过程中将连杆在最大压缩和最大拉伸工况下的载荷乘以-个安全系数来确定试验载荷，而连杆所承受的最大压缩和最大拉伸载荷幅值是恒定不变的1。

但是严格意义上讲，车用发动机只有在试验台架上才可以保持稳定工况，而在实际使用中由于路面状况、驾驶员操作等影响因素，发动机绝大部分时间是变工况运行。而连杆的应力大小又与转速及爆发压力有关，车用发动机连杆在实车使用中是在变应力条件下工作的。因此，根据稳定载荷幅值进行的疲劳寿命试验不能真实反映连杆在实车使用中的疲劳寿命。

以发动机曲柄连杆机构为研究对象，基于刚柔多体混合建模理论，建立发动机曲柄连杆机构刚柔耦合动力学模型。计算了发动机在各任务剖面运行时连杆的动态应力，对应力时间历程进行了雨流计数，通过外推和叠加得到了发动机连杆 目标载荷谱，并编制了连杆疲劳试验谱。

2柔体动力学基本理论柔性体是变形体 ，体内各点的相对位置时刻都在变化，采用弹性坐标来描述柔性体上各点相对动坐标系统的变形。这样柔性体上任-点的运动就是动坐标系的刚性运动与弹性变形的合成运动。

对于柔性体上任意-点P，其位置向量为：r0A(sPuP) (1)来稿日期：2012-06-1 l基金项目：军队科研计划项目(2010ZB13)；国防科技重点实验