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發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是有限元技術(shù)較早涉足的領(lǐng)域，由于有限元技術(shù)和軟硬件條件的迅速發(fā)展，對發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析逐漸由對某一單獨(dú)零件或零件的某一局部進(jìn)行分析發(fā)展到對整體組合結(jié)構(gòu)的分析，從僅考慮機(jī)械負(fù)荷發(fā)展到機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷藕合的分析，從簡單的靜態(tài)分析發(fā)展到動態(tài)分析等，分析精度有所提高。但對于軍用大功率高速發(fā)動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)一般都較為復(fù)雜，在目前的軟硬件條件下，直接進(jìn)行發(fā)動機(jī)整體組合結(jié)構(gòu)的精確有限元分析尚存在一定難度。本研究采用的子模型法可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的精確有限元分析，為發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)。
在有限元法發(fā)展的初期，由于計(jì)算機(jī)軟硬件條件制約，有限元分析的規(guī)模受到很大的限制，而有限元網(wǎng)格的尺寸大小直接影響著分析的精度，所以對于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行總體分析很難得到滿意的分析精度甚至無法求解。子結(jié)構(gòu)法和子模型法可以解決分析規(guī)模和分析精度之間的矛盾，但子結(jié)構(gòu)法分析較復(fù)雜，使用起來非常不便，特別是對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，建立子結(jié)構(gòu)模型的工作量更是相當(dāng)驚人。而子模型法不存在這類問題，作為一種分析方法，它不依賴于某個(gè)具體分析軟件的限制，具有較高的靈活性。
采用子模型法對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)可分為兩個(gè)步驟：(1)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體分析，分析時(shí)結(jié)構(gòu)作適當(dāng)簡化，(2)根據(jù)總體分析結(jié)果，對所關(guān)心的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確細(xì)化分析，得到這些局部結(jié)構(gòu)較為精確的強(qiáng)度分布結(jié)果。
由于交接面的等效位移邊界約束和接觸壓力邊界條件綜合考慮了其它結(jié)構(gòu)的剛度和載荷對細(xì)化分析結(jié)構(gòu)的影響，所以只需對細(xì)化結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行分析，可根據(jù)需要采用較細(xì)的網(wǎng)格或精度較高的二次單元，從而得到更加精確的解，并可實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果的誤差估計(jì)，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供可靠的分析結(jié)果。
發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)主要受載零件有缸蓋、活塞、連桿、曲軸、主軸承座和機(jī)體等，這些零件通過接觸和螺栓組裝在一起，它們之間的剛度是互相耦合的。發(fā)動機(jī)缸蓋和機(jī)體等結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如果只單獨(dú)進(jìn)行強(qiáng)度分析，則很難準(zhǔn)確考慮到這些結(jié)構(gòu)之間剛度的影響和接觸面上壓力的分布，無法施加正確的邊界條件，特別是對缸蓋和機(jī)體、機(jī)體與主軸承蓋之間的連接螺栓，如果不進(jìn)行組合分析，則無法得到在爆發(fā)沖程后所受到的拉力數(shù)值。所以進(jìn)行單個(gè)零件的強(qiáng)度分析時(shí)，邊界條件簡化的合理與否決定了分析結(jié)果的正確程度，這主要依賴于分析者的經(jīng)驗(yàn)，帶有一定的不確定性。而進(jìn)行發(fā)動機(jī)總體組合結(jié)構(gòu)的精確分析，有限元模型將十分龐大，這對于一般軟硬件條件是無法實(shí)現(xiàn)的。
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