鈦連桿的疲勞性能優(yōu)化

作者 Auggliaro G. ,Biancolini M.E.
意大利ESL無損檢測安全技術實驗室
意大利 羅馬大學“托爾•維爾戛塔”機械工程
摘要：
在本文中自動程序提出連桿優(yōu)化，從引擎幾何學和運行條件，計算一個工作循環(huán)的慣性載荷和軸承力。外加載荷時間關系曲線圖產(chǎn)生于連桿有限元模型的每個節(jié)點，說明實際載荷導入軸承表面的路徑。
有限元分析結果后處理是進行評估疲勞指數(shù)圖。根據(jù)礦業(yè)規(guī)則計算每個循環(huán)周期產(chǎn)生的損害然后根據(jù)理想的允許規(guī)定載荷范圍計算損傷總額。
每個計算階段由提議的軟件控制和執(zhí)行，允許評估設計參數(shù)和設計性能的傳遞函數(shù)作為疲勞指數(shù)，例如：最大應力，屈曲載荷，質(zhì)量分析和軸承負荷。
提議中的工具適合“如果進行分析會怎樣”的調(diào)查得到最佳解決方案或者適合自動形狀優(yōu)化一旦連桿形狀設計涉及一套形狀參數(shù)的有限集。
本文討論二維連桿最優(yōu)化的實際應用。
1導言
連桿汽車部件市場主要是面向有色金屬材料，因為制造和設計方法是完全統(tǒng)一的以及用低成本獲得高精確性。然而采用輕質(zhì)材料，例如鈦合金，似乎是一個非常吸引人的選擇。但由于設計成本較高的材料和制造工藝，它（連桿）仍僅限于高性能引擎領域。最主要的優(yōu)點是所受慣性載荷大規(guī)模減少，這是一個至關重要的問題因為（連桿）組成部分受到非常高的慣性載荷。此外，這類材料的抗疲勞性能很好的滿足承受循環(huán)載荷的要求。鼓勵在汽車領域使用鈦合金是降低成本所必需的。
連桿實際是一個相當復雜的任務因為發(fā)動機運行的條件是廣泛多變的，并且承受曲柄滑塊機構產(chǎn)生的壓力和慣性力。例如報告（3）中的疲勞設計機制。在文獻（4）中，提到一個疲勞失效的實例，并重新設計了報道中設計不當?shù)倪B桿。在文獻（50）涉及一種利用損害容忍方法設計連桿的方法顯露出來。
這項工作旨在驅動制造業(yè)設計原理以達到以最小的生產(chǎn)成本獲得最優(yōu)的組件?；舅悸肥且运淝懈畹姆椒◤牧X四釩合鈦合金薄板中獲得厚度一樣的部件。這項技術可能是二維圖形幾何學范圍里面不同尋常的連桿設計方法。
形狀和拓撲結構能自動嫻熟且最優(yōu)化在設計參數(shù)和目標以及在文章6,7中涉及到的插圖實例規(guī)定的限制因素中傳遞一次。為了探討解決一些外形解決方法而制造一種軟件工具，叫做CRADes（連桿自動設計軟件）自動化的設計程序。
如果這種連桿替代了現(xiàn)有發(fā)動機原來的部件。目前的研究是具有固定厚度的二維形狀模型的幾何形狀的主要幾何參數(shù)，但是這種形狀必須符合原有發(fā)動機的需求，所以桿長，大頭和小頭半徑是固定參數(shù)，但是厚度和外部尺寸界限由其他組成部件給出的最大允許空間決定。最主要的目的不僅是最輕的質(zhì)量和最大的材料利用率而且是最佳的質(zhì)量分布，就如在文獻(7)中提出的。主要設計制約因素是疲勞強度和屈曲強度。
需要其他設計數(shù)據(jù)，它們是服務轉速時的汽缸壓力，載荷譜，往復質(zhì)量，曲柄滑塊機構幾何參數(shù)。