基于ANSYS的柴油机连杆有限元模态分析

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连杆是连接发动机活塞与曲轴 的-个重要零件，在实际工况下，它是在压缩、拉伸和横向弯曲等交变应力下工作的，工作条件相当恶劣。因此，为了减小振动，对连杆动态特性的研究已经成为连杆设计中的重要环节[1]。

本文利用ANSYS软件直接建立连杆的三维模型并进行模态分析 ，计算分析连杆的动态特性 ，根据分析结果，从应力云图获取连杆在危险工况下应力的分布情况，为连杆的结构分析和改进设计提供参考依据。

1 建立连杆有限元模型在建立连杆的三维实体模型之前，可以对连杆模型进行-定 的简化 ，忽略小 圆角 、倒角和细油 孔等特性，并且把连杆盖与连杆体简化成-个整体。这样处理后可以缩短计算时间，提高计算效率，并且与实际情况相差不大。

1.1 建立连杆 实体模型根据连杆的实际尺寸及上述简化方法在 ANSYS中建立的连杆模型如图 1所示。

图 1 连杆几何模型1.2 定义单元类型及材料特性由于 ANSYS软件中的四面体单元可以用于自由网格划分，因此选 Solid92三维四面体单元能较好模拟物体形状。图 2是 Solid92单元的几何示意图[ 。

y.z- X IL图 2 Solid92单 兀 的 几何 示意 图此处定义连杆 的材料 为各 向同性 的线 弹性材料40Cr，弹性模量为 2.O6×10 MPa，泊松 比为 0.3，密度为 7 800 kg/m。。材料的弹性模量和泊松 比都不随温度的变化而变化。

1.3 网格 的划分建立有限元模型时，有限元网格的划分相当重要，网格质量直接关系到有 限元模型计算 的精度和速度。

由于该连杆模型形状不规则 ，所选单元形状也不规则，因此对其进行 自由网格划分[3]。

本文使用 自由网格划分中的 SmartSize工具，并选取分网水平值为 6，对所建立的连杆实体模型进行网格划分 ，得到 30 565个单元和 56 928个节点。按照上述网格划分方法得到的连杆有限元模型见图 3。

2 施加载荷和边界条件本文对柴油机连杆进行自由状态下的振型模态分析，没有其他载荷影响，只考虑自重影响，并根据实际情况施加连杆位移约束。在实际工况中，连杆的小端收稿日期：2012-10-lO；修回日期：2012-11-10作者简介：魏玉娜 (1986-)，女，山西太原人，在读硕士研究生，研究方向：机械设计及理沦、发动机总体技术及结构动态设汁。