连杆有限元分析国内外研究现状综述

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近20年来，随着有限元理论和方法提出和完善以及计算机技术的突飞猛进，有限元分析模型从二维迈向三维，从简单迈向复杂，从静态迈向了动态。如今的有限元法是研发制造中不可或缺的分析计算方法，被广泛的使用在静力学、热力学、流体力学、电磁学等诸多学科[6]。如今CAE技术分析已经是产品研发优化设计不可或缺的部分，这有助于减少实验，节约成本缩短研发的周期。如实的市场上拥有大量成熟的大型有限元分析软件，像ANSYS、NASTRAN、PATRAN、HYPRFTMESH、COSMOS和ABAQUS等，这些软件分析功能强大、适用面广、结果可靠性高。自改革开放以来，国内计算机的普及，这些软件冲入国门，极大的推动了有限元法在我国工程技术领域的普及和应用。86941

与此同时，柴油机连杆的计算分析，跟随着有限元方法和计算机技术的发展的步伐，有了更大的进步。早期连杆的设计分析多使用经验公式，上世纪90年代，多通过常单元插值、线性单元插值、以及边界元等措施来计算连杆的强度[7]。如今连杆的设计计算多采用CAE技术，连杆模型从二维向三维发展，由简单向复杂发展，由静态向动态发展，再结合对连杆材料的金相、化学与力学性能的一系列检测，模型越来越贴合实际，得到的数据也越来越真实精确。近年来，连杆的研究可归结为以下几点：有限元强度应力分析、可靠性分析、动响应分析以及优化分析。

1连杆有限元静态分析

结构静力分析是指分析负荷对整体或部分结构所造成的应变、和应力，主要负荷包括结构外部的作用力，以及其由于本身的特性所产生的力，如重力、速度、位移、温度等。

连杆的静态分析早从上世纪七八十年代就已经开始了。不过尤其当时条件有限，连杆的静态分析计算大多采用经验公式。到上世纪末随着有限元理论逐渐的成熟，模型由二维转变成三维。发展至今工程人员已经几乎核实了连杆运动过程中应力突变的区域和应变得大体分布情况，并对危险的区域核实了强度。为后人留下了扎实而实用的知识基础。现如今为了模拟出更贴合实际的模型，连杆有限元静态分析已非单纯的线性分析，而是更贴合实际的非线性分析，非线性一般是由于几何、材料和状态这三种要素导致的。在连杆组中各组件之间的各种配合就是一种很常见的非线性行为。接触的非线性计算困难在于：首先在求解模型前接触范围是不确定的，这随着载荷，材料，边界条件和其他的条件而改变，其次大部分接触存在摩擦力，这会造成计算分析过程中结果不收敛。所以连杆静态有限元发展到今天，已经相当成熟，计算精度也愈来愈高，但仍有待精近之处。论文网

2连杆有限元动态分析

动态分析是力学研究的重要方面，研究方向主要是结构与运动中负荷的关系其中加入了时间的要素，用于分析结构的所能允许的负荷和运动中的一些特点，或帮助我们优化结构。结构动力学与结构静力学的主要区别在于，他考虑了振动而产生的惯性力和阻尼力。分析主要包括：模态分析、谐波分析、动力分析、显示动力分析等。这样做可以及早的发现设计连杆时不可避免的漏洞，及时的做出调整，缩短研发的周期和成本。

值得庆幸的是，由于我国柴油机市场的繁荣以及我国科技的发展等方面的因素，动态分析在我国受到重视。所以尽管动态分析还在发展初期，但我国连杆有限元分析由静态向动态发展得步伐并没有停下。然而与国外有些国家相比中国仍然相对落后，毕竟国外部分国家已经开展了很多这方面的研究，积累的数据和实验结果甚为可观，如美国西南研究院、MAHLE公司等。他们都取得了瞩目的成就。对此，中国仍有很长的路要走。