目的：熟悉掌握ANSYS有限元软件，对摩托车发动机连杆进行强度分析、动力学特性分析、疲劳可靠度计算，并总结出连杆疲劳可靠性分析的计算方法。

意义：连杆是发动机的重要构件和主要运动件，结构和受载情况都比较复杂。连杆在工作过程中受到周期性的交变载荷而易产生疲劳破坏，当连杆损伤达到临界值时，常常发生突然性的疲劳断裂，导致发动机无法正常工作甚至报废。而连杆的可靠性和寿命将直接决定发动机可靠性和寿命。因此通过连杆力学特性及疲劳分析，对提高连杆的可靠性和寿命有着重要的意义。86275

在早期，连杆的计算通常采用的是经验公式，随着计算机技术和有限元理论的快速发展后，迅速运用到连杆的设计中。连杆的有限元分析初期是通过简单的曲梁模型，但是计算精度较低，随后发展成平面连续模型，从90年代至今基本都是利用三维实体模型计算，也更接近实际情况。近些年，国内外的研究人员对连杆的有限元分析做了大量的研究工作，主要包括下面几个方面：连杆强度有限元分析、动响应分析和可靠性分析及疲劳寿命分析。

连杆强度有限元分析的现状：如果连杆的强度不够就会在工作中出现断裂，刚度不足连杆大小头变形失圆，活塞销和曲柄销润滑条件达不到要求，会导致活塞销和曲柄销发热而烧损或者卡死无法正常转动[1~3]。常规的连杆的有限元计算是将载荷均匀施加在大小头内表面，设置采用二质量当量系统进行简化，同时连杆的位移边界条件的不合理，综合原因导致边界条件与实际工作情况存在较大的差别。近些年研究人员对连杆强度有限元分析做了研究，孟建、李一民等人[4~7]根据有限宽度轴颈油膜压力分布规律，设置连杆大小头的载荷边界条件。刘志强、丁家松等人[8~9]通过理论计算出连杆任意旋转角每个单元的惯性力，最后利用APDL语言施加在每个单元上面。岳东鹏等[10]对连杆在静强度有限元计算中的位移边界条件进行了更加符合实际的处理。

连杆动响应分析的现状：动响应分析就是利用动力学软件对连杆的运动和力的传递进行仿真运算，它使连杆的设计方向从传动静态设计向动态设计发展。韩松涛等[11]人对4108Q型柴油机连杆采用三维有限元法进行了动态特性分析，认为连杆设计过程中不仅要考虑自身的要求，也要考虑将连杆、曲轴和机体等的动态特性有机结合起来统一考虑。刘翾、王新刚等[12~13]利用多体动力学软件MSC。Adams，通过刚柔耦合得到连杆工作过程中的零件应力变化规律和运动规律，为连杆的设计中尺寸、刚度和强度等要求提供参考。同时，连杆动响应分析可以得到连杆工作过程危险节点的应力-时间历程文件和连杆载荷谱，从而计算连杆的疲劳可靠度和寿命。

连杆的可靠性及疲劳寿命分析的现状：连杆的可靠性设计是在已知载荷和材料强度的基础上，通过概率统计理论，确定连杆的可靠度，把连杆的失效率控制在可以接受的范围内，连杆的可靠度一般在0。9995以上。计算连杆在实际工作中的可靠度必须知道三个条件[14]：根据疲劳试验得到连杆疲劳强度分布规律；连杆在工作中载荷的概率分布规律；工作载荷与连杆疲劳强度相联系的统计分析方法。王银燕等[15]对6200ZCL型柴油机连杆进行了无限寿命下的疲劳强度可靠性计算。吕彩琴等[16]利用疲劳累积损伤原理研究了连杆小头油孔对连杆疲劳寿命的影响，提出连杆小头最好采用双油孔方案。连杆可靠性分析的影响因素众多，并且许多现象和机理还缺乏详细的研究。

疲劳国内外研究现状：近些年，在进行疲劳寿命的分析时，主要运用到Miner法则，并结合线弹性断裂力学理论、应力应变寿命分析法、多体动力学理论和有限元计算，由时间-载荷历程或功率谱密度函数对零件进行疲劳寿命分析，同时利用实验来验证软件计算的结果。经过研究人员的多次验证，在一定的实验条件下，疲劳寿命分析软件中利用到的理论能经受住实践的验证，并获得较好的分析结果。但是在实际应用中零件的小裂纹疲劳寿命分析和多轴疲劳寿命分析，疲劳寿命软件计算结果与实验得到的结果还是存在一定的差距。20世纪末期，姚卫星将缺口根部的应力场强作为疲劳寿命预测的主要参量，提出了较有发展潜力的应力场强法[17]，此后又提出了局部应力应变场强法[18]。王光钦等[19]以材料疲劳裂纹扩展为基础，提出了基于Paris公式对曲轴在随机载荷作用下的断裂可靠寿命进行估算的方法。浙江大学的彭禹等[20]以有限元和动力学为基础，利用多轴疲劳理论对发动机进行了疲劳寿命分析，并在实际生产进行了验证。李飞利用专业的疲劳寿命分析软件MSC。Fatigue，对轿车转向节进行了耐久性寿命预测[21]。随着有限元理论和计算机计算的快速发展，疲劳寿命的计算方法也取得了长足进步[22]。