连杆裂解工艺及其对裂解力的影响数值模拟研究

论文摘要

近几年,随着我国汽车工业的迅速发展以及人民生活水平的提高,汽车保有量日益增加,作为汽车发动机关键零件的连杆,需求量也急剧增加。传统、落后的连杆加工技术和生产模式已经越来越难以适应竞争激烈的市场需求,发动机连杆裂解技术作为一种连杆加工新工艺,于20世纪90年代在汽车工业发达国家逐渐发展起来,并逐渐应用于大规模生产领域,是对传统连杆加工工艺的重大变革,已成为一个国家发动机连杆制造业发展水平的重要标志。目前,作为一种新的加工技术,连杆裂解在实际生产中还存在撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等裂解缺陷,影响产品质量稳定性。影响连杆裂解质量的因素很多,但目前各种因素对连杆裂解质量的影响机理还不明确,对裂解力能参数的选用主要依靠经验,尚无理论支持。通过研究连杆材料的化学成分组成,提出了适合裂解的连杆材料,并分析了各种化学成分对连杆性能的影响。深入分析了断裂力学基本理论,研究了适合连杆裂解的断裂判据以及裂纹扩展机理。在以上理论分析的基础上,根据已知的一些连杆裂解影响因素,利用大型通用有限元软件ANSYS对连杆的裂解过程进行了数值模拟,分析了预制裂解槽槽深、张角、曲率半径对裂解力的影响曲线。此外通过模拟得出了裂解槽曲率半径、张角、槽深曲率半径对几何形状因子的影响。通过研究,初步得出了导致连杆裂解缺陷的主要原因,为改善连杆裂解质量提供依据。对裂纹槽各参数的研究为连杆裂解设备的技术参数选择、预制裂纹槽的合理设计及裂解工艺参数的确定奠定基础,对推动连杆裂解加工在国内的产业化具有积极的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 连杆裂解的研究背景
• 1.2 传统连杆加工技术简介
• 1.2.1 传统连杆毛坯制备方法
• 1.2.2 连杆传统制造工艺
• 1.3 连杆的裂解加工方法简介
• 1.3.1 连杆裂解的原理
• 1.3.2 连杆裂解工艺及设备
• 1.3.3 连杆裂解加工方法的先进性和经济性
• 1.4 国内外连杆裂解技术的发展及现状
• 1.4.1 连杆裂解工艺的思想发展
• 1.4.2 连杆裂解加工设备
• 1.4.3 国内外连杆裂解技术的应用
• 1.5 选题意义及主要研究内容
• 1.5.1 选题依据及意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 连杆裂解材料分析
• 2.1 连杆材料
• 2.1.1 铸造连杆
• 2.1.2 锻造连杆
• 2.1.3 空冷微合金锻钢连杆
• 2.1.4 粉末冶金连杆
• 2.1.5 其它材料连杆
• 2.2 适合裂解工艺的连杆材料
• 2.3 钢的化学成分与性能的关系
• 2.3.1 碳与性能的关系
• 2.3.2 其他元素的作用
• 2.4 本章小结
• 第3章 断裂力学分析理论
• 3.1 断裂力学的产生和发展
• 3.2 线弹性断裂力学基本理论
• 3.2.1 裂纹扩展的基本类型
• 3.2.2 Ⅰ型裂纹尖端附近应力场和应力强度因子
• 3.2.3 材料的断裂韧性和线弹性断裂判据
• 3.2.4 应力场强度因子的修正
• 3.3 弹塑性断裂力学
• 3.3.1 COD法以及COD判据
• 3.3.2 J积分的基本理论
• 3.4 动态断裂力学
• 3.5 断裂种类和脆性断裂条件
• 3.5.1 断裂的种类
• 3.5.2 材料断裂韧性的影响因素
• 3.5.3 裂纹的形成及扩展机理
• 3.6 本章小结
• 第4章 发动机连杆裂解分析及模型的建立
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS通用有限元软件简介
• 4.3 连杆裂解加工过程数值模拟
• 4.3.1 连杆裂解工艺分析
• 4.3.2 建立数值模型
• 4.3.3 应力强度因子的数值解法
• 4.4 本章小结
• 第5章 连杆裂解工艺参数分析
• 5.1 应力集中状况
• 5.2 预制裂解槽几何参数对裂解力的影响
• 5.2.1 预制裂解槽深度对裂解力的影响
• 5.2.2 预制裂解槽张角对裂解力的影响
• 5.2.3 预制裂解槽半径对裂解力的影响
• 5.3 几何形状因子及其对裂解力的影响
• 1和Y的关系'>5.3.1 裂解槽曲率半径与K₁和Y的关系
• 1和Y的关系'>5.3.2 裂解槽张角与K₁和Y的关系
• 1和Y的关系'>5.3.3 裂解槽槽深与K₁和Y的关系
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢