内燃机作为一种高效率的热能动力机械,广泛应用于汽车、船舶、铁路、工程建筑等多个领域。车用柴油机向着轻便、高速、高压、大功率等方向发展,其强化指标不断提高,机械负荷不断增加,对于柴油机的设计也提出了相应的要求:提高效率、增加可靠性、减轻质量、降低燃油消耗率以及降低排放等,相应的柴油机的零部件也就有了更高的强度要求。连杆是曲柄连杆机构的重要组成部分,连杆在往复运动的工作循环中,一直受到来自最大爆发压力和活塞组件往复惯性力的周期性交变作用。在这种严峻的工作环境下,需要连杆有足够的结构刚度和疲劳强度。以某非道路高压共轨柴油机的连杆作为研究对象,选用UGNX9.0建立包括连杆体、连杆盖、衬套等组件的三维模型。通过改变杆身截面几何尺寸中的宽度和厚度来分析对连杆屈服、疲劳、屈曲、大头轴承润滑以及对连杆的疲劳寿命的影响。对尺寸变化后的模型进行了静强度和屈曲分析,并对连杆屈服、疲劳和屈曲安全系数随连杆截面积减小的变化率进行了分析。建立了连杆大头轴承弹性流体润滑动力学模型,通过连杆的模态测试,验证了连杆有限元模型的准确性,并分析了连杆大头轴承的润滑特性。在动态应力恢复的基础上,运用疲劳分析软件ncode DesignLife对连杆进行了疲劳寿命的分析。主要研究结果如下:(1)连杆的静力学和屈曲分析原始尺寸连杆强度静力学分析中,连杆在最大压力工况下,杆身部位的最大应力位置靠近连杆大头,应力值为235.22MPa。连杆在最大拉力工况下,连杆的拉应力最大的位置是在小头顶部的油孔位置,应力值为97.49MPa。在此基础上,连杆杆身截面宽度从32.00mm到31.00mm的五个方案中,随着连杆截面宽度的逐渐减小:五个方案中最大压应力位置相同,而最大压应力值呈先减小后增大的趋势;连杆杆身截面厚度从12.00mm到11.00mm的五个方案中,随着连杆截面厚度的逐渐减小:最大压应力位置不变,而且最大应力值基本上相同的,基本上依次相差0.02MPa。可见,在连杆杆身截面厚度方向的五个方案中,连杆截面的厚度改变对压力作用下的最大应力位置和其应力值基本无影响。对连杆进行了线性屈曲分析,主要是为了预测构件的敏感性和屈曲模态,并为后续非线性屈曲计算提供初始缺陷。引入初始缺陷后,对原始尺寸连杆进行了非线性屈曲分析,得到连杆的原始尺寸的屈曲临界载荷为312.03kN,临界屈曲应力为601.87MPa。对宽度和厚度各个方案进行屈曲计算,发现屈曲临界载荷会随截面尺寸的减小而逐渐减小。(2)连杆屈服、疲劳和屈曲安全系数随连杆截面积减小的灵敏度分析对改变杆身截面尺寸后的模型进行静力学计算得到各个参考点在最大爆发压力工况下和最大受拉工况下的应力值,非线性屈曲分析得到连杆的临界屈曲应力。综合连杆截面宽度和厚度方向上递减三个标准的灵敏度分析得出:在宽度和厚度变化的过程中,都是疲劳灵敏度最大,其次是屈曲灵敏度。但是厚度方案下,屈曲灵敏度与疲劳灵敏度相近,数值上仅相差0.27,设计时应与疲劳同等重视。而且综合宽度和厚度两个方向的变化,宽度方案下屈曲灵敏度为3.24,厚度方案下屈曲灵敏度为4.65,可见在厚度方向的屈曲灵敏度大于宽度方向上的屈曲灵敏度。(3)连杆大头轴承弹性流体润滑动力学结构的模态关系到仿真计算的准确性,利用有限元计算和模态试验对连杆进行模态研究。连杆的仿真计算模态和试验模态的相对误差都在5%以内,验证了连杆有限元模型的准确性。从数据上分析可知:大头轴承载荷分别在宽度和厚度方案上都是最大受压载荷呈为先增大后减小的变化趋势;最大受拉载荷呈逐渐减小的变化趋势。大头轴承最大油膜压力随着转速的变大,最大油膜压力也相应变大。从数据的波动情况可以认为,宽度方案下,对最大油膜压力的最大值基本无影响。厚度方案下最大油膜压力的最大值呈先增大都减小的趋势。(4)连杆疲劳寿命分析在连杆多体动力学计算的基础上,对连杆进行应力恢复,得到连杆在一个完整的曲轴转角下的载荷谱。再由ncode DesignLife计算出连杆的疲劳寿命循环次数。在宽度方向上,连杆的最小疲劳寿命呈先增大后减小的趋势,在方案三处达到最大值为3.235ell;在厚度方向上,连杆的连杆的最小疲劳寿命呈先增大后趋于稳定的趋势。所以,从仿真计算的结果上看来:在连杆杆身截面宽度的一定范围内,有一个最佳的宽度值使得最小的疲劳寿命循环次数有最大值;在连杆杆身截面厚度的一定范围内,厚度的减小对最小疲劳寿命的位置和数值大小基本上无影响。