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连杆裂解加工过程数值研究及工艺参数优化

作　者: 杨晨光
导　师: 寇淑清
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 连杆裂解技术数值模拟裂解力几何形状因子预制裂纹槽张角曲率半径槽深
分类号: TK406
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 209次
引　用: 6次
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内容摘要

发动机连杆裂解技术作为一种连杆加工新工艺,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。本论文主要完成了以下工作:针对C70S6 钢新型裂解连杆材料,借助有限元数值模拟,结合连杆拉伸实验,预测出了C70S6 钢的J 积分临界值。对中小型汽油机和中重型柴油机连杆进行了准静态裂解数值模拟分析,通过对连杆起裂前裂纹槽尖端应力分布云图进行分析,给出连杆裂解出现断裂面裂纹分叉甚至掉渣等质量问题的主要原因,并借助连杆拉伸实验对数值模拟结果进行了验证。通过数值模拟分析,得出了预制裂纹槽张角、曲率半径、槽深对裂解力及几何形状因子的影响曲线,计算出各参数下的几何形状因子。考察了背压力对连杆裂解的影响规律,预测出中小型连杆裂解加工过程中合理背压力范围。结果表明背压力能使连杆应力集中更显著,起裂点单一化,利于改善裂解质量。对连杆进行有限元瞬态裂解分析表明,惯性力对连杆裂解力影响不大,增大惯性力有助于提高裂解质量。通过研究,初步给出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。

全文目录

第一章绪论  9-24
  1.1 引言  9-10
  1.2 连杆裂解技术简介  10-11
  1.3 国外连杆裂解技术的发展及现状  11-18
    1.3.1 裂解工艺的发展与应用  11-13
    1.3.2 连杆材料的发展  13-16
    1.3.3 连杆裂解工艺参数的探索  16-18
  1.4 断裂力学的发展及有限元模拟技术的应用  18-20
    1.4.1 断裂力学的发展  18-20
    1.4.2 有限元分析方法的优势  20
  1.5 选题意义及主要研究内容  20-24
    1.5.1 选题依据及意义  20-22
    1.5.2 主要研究内容  22-24
第二章断裂力学分析理论  24-37
  2.1 断裂的种类及脆性断裂发生条件  24-26
    2.1.1 断裂的种类及过程  24
    2.1.2 金属发生脆性断裂的条件  24-26
  2.2 应力强度因子和材料的断裂韧性  26-30
    2.2.1 裂纹扩展的基本类型  26-27
    2.2.2 Ⅰ型裂纹尖端附近应力场和应力强度因子  27-29
    2.2.3 材料的断裂韧性和线弹性断裂判据  29-30
  2.3 弹塑性断裂力学  30-33
    2.3.1 J积分法  30
    2.3.2 J积分守恒性J 积分控制下的裂纹尖端应力应变场  30-32
    2.3.3 小范围屈服条件下韧性材料的起裂判据  32
    2.3.4 大范围屈服条件下韧性材料的起裂判据  32
    2.3.5 J 与K 的关系  32-33
  2.4 动态断裂力学  33-34
    2.4.1 裂纹的失稳扩展速度  33
    2.4.2 高速加载下的动态断裂和动载断裂韧性  33-34
  2.5 断裂力学在连杆裂解加工中的应用  34-37
    2.5.1 连杆裂解的理论定性  34
    2.5.2 影响连杆裂解的因素分析  34-35
    2.5.3 断裂力学有限元分析方法  35-37
第三章准静态加载下连杆裂解过程研究及 C7056临界 J积分值确定  37-53
  3.1 单元的选择和网格离散  37-38
  3.2 有限元模型的建立及求解分析  38-43
    3.2.1 裂纹区的网格划分  39-40
    3.2.2 无应力投影功能的使用  40-42
    3.2.3 载荷工况及自适应加载步长的使用  42-43
  3.3 连杆裂解拉伸实验  43-45
  3.4 C7056材料临界J积分值的确定  45-48
  3.5 准静态裂解过程数值模拟分析  48-52
    3.5.1 截面上应力分布  48-50
    3.5.2 连杆厚度方向应力分布  50-51
    3.5.3 连杆裂解的塑性应变场和位移场  51-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章裂纹槽参数对裂解力及几何形状因子的影响  53-66
  4.1 几何形状因子及计算方法  53
  4.2 裂纹槽深度对裂解力及几何形状因子的影响  53-58
    4.2.1 预制裂纹槽的深度对裂解力的影响  53-56
    4.2.2 预制裂纹槽深度对几何形状因子的影响  56-58
  4.3 裂纹槽的张角对裂解力及几何形状因子的影响  58-62
    4.3.1 预制裂纹槽张角对裂解力的影响  58-60
    4.3.2 预制裂纹槽张角对几何形状因子的影响  60-62
  4.4 裂纹槽曲率半径对裂解力及几何形状因子的影响  62-65
    4.4.1 预制裂纹槽曲率半径对裂解力的影响  62-63
    4.4.2 预制裂纹槽曲率半径对几何形状因子的影响  63-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章惯性力及背压力对连杆裂解的影响  66-77
  5.1 惯性力对连杆裂解的影响  66-70
    5.1.1 瞬态动力分析有限元原理  66-67
    5.1.2 动态连杆裂解数值模拟过程及结果分析  67-70
  5.2 背压状态对连杆裂解的影响  70-76
    5.2.1 背压力对连杆裂解J 积分值的影响  70-73
    5.2.2 背压力对连杆裂解应力分布的影响  73-74
    5.2.3 不同背压力下的连杆胀断主动力及裂解力  74-76
  5.3 本章小结  76-77
第六章柴油机连杆数值模拟  77-90
  6.1 中重型柴油机连杆裂解力及应力分布  77-79
    6.1.1 中重型柴油机连杆裂解力预测  77-78
    6.1.2 裂纹槽尖点处应力分布状态分析  78-79
  6.2 中重型柴油机连杆裂纹槽参数  79-83
    6.2.1 预制裂纹槽深度对裂解力的影响  79-81
    6.2.2 预制裂纹槽张角对裂解力的影响  81-82
    6.2.3 预制裂纹槽尖点曲率半径对裂解力的影响  82-83
  6.3 中重型柴油机连杆几何形状因子  83-89
    6.3.1 预制裂纹槽深度对几何形状因子的影响  84-86
    6.3.2 预制裂纹槽张角对几何形状因子的影响  86-87
    6.3.3 预制裂纹槽曲率半径对几何形状因子的影响  87-89
  6.4 本章小结  89-90
第七章结论与展望  90-92
参考文献  92-96
摘要  96-98
Abstract  98-101
致谢  101-102
导师及作者简介  102

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