圖 3 網(wǎng)格模型選中的節(jié)點(diǎn)

忽略氣缸對活塞的摩擦力的影響，連桿大端所受的壓力為：

大端：

P₁ = ¹₄ pD²P_Z - (m_A +m_P )(1+ ^R )Rw² - m_B Rw² （1）

L

式中，D 為活塞直徑，P_Z 為最高爆壓，m_p 為活塞質(zhì)量，R 為曲柄半徑，L 為連桿的長度，ω為曲柄的角速度。

根據(jù)有關(guān)資料得到連桿大端所受的最大壓力為 317 kN。

分析認(rèn)為，當(dāng)活塞位于進(jìn)氣過程上止點(diǎn)時(shí)，連桿所受的拉力最大。根據(jù)將連桿等效為二質(zhì)量單元的假設(shè)，忽略氣缸對活塞的摩擦力的影響，連桿大端所受的拉力為：

式中各符號(hào)的含義同（1）式。

根據(jù)有關(guān)資料得到連桿大端所受最大拉力為75 kN。

查 得 620 連桿大端孔徑為（含尺寸公差）135～135.025 mm，寬度為 44～44.16 mm。約束連桿小端，連桿大端受力時(shí)，取 90°對應(yīng)的面為壓力受力面，計(jì)算得到受到最大均布?jí)簯?yīng)力 68 MPa，最大拉應(yīng)力 17 MPa。

根據(jù)文獻(xiàn) [3] 的研究結(jié)論，得到的一定直徑、一定速度的殘余應(yīng)力分布規(guī)律見圖 4、圖 5、圖

圖 5 速度為 40 m/s 的彈丸的應(yīng)力圖像圖 4 速度為 70 m/s 的彈丸的應(yīng)力圖像

圖 6 速度為 60 m/s 的彈丸的應(yīng)力圖像 圖 7 速度為 80 m/s 的彈丸的應(yīng)力圖像

6、圖 7。

由文獻(xiàn) [3] 的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大部分最大殘余應(yīng)力處出現(xiàn)在深度為 0.25 mm 的部位。經(jīng)過簡化篩選之后，總結(jié)出以下十四種表面殘余應(yīng)力情況，見表 1。

表 1 殘余應(yīng)力的分布規(guī)律

將這 14 種殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，分別在 workbench 中進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算。將靜力學(xué)分析結(jié)果

導(dǎo)入專業(yè)疲勞分析軟件 nCode 中（見圖 8），進(jìn)行疲勞分析計(jì)算，得到疲勞損傷云圖（見圖 9）。經(jīng)過在 ncode 中的模擬計(jì)算，共計(jì)得到 14 種

圖 8 疲勞分析與有限元分析鏈接圖

3.328×10^-4 2.784×10^-4 2.329×10^-4 1.949×10^-4 1.631×10^-4 1.364×10^-4 1.141×10^-4 9.550×10^-5 7.990×10^-5 6.685×10^-5 No Data

圖 9 疲勞損傷云圖

表 2 14 種殘余應(yīng)力的最大疲勞損傷

疲勞損傷云圖，損傷結(jié)果見表 2。

2 結(jié)果分析

通過第一組、第四組和第八組、第九組的比較見表 3。

表 3 4 種殘余應(yīng)力的最大疲勞損傷

 可以看出，其他條件相同的情況下，外表面殘余應(yīng)力為負(fù)值的時(shí)候，最大疲勞損傷小于外表面殘余應(yīng)力為正值的時(shí)候，也就是說外表面的殘余應(yīng) 

力為負(fù)值最好。由于金屬材料的抗壓性能往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的抗拉性能，應(yīng)力為負(fù)，表示是壓應(yīng)力，連桿未加載負(fù)荷的時(shí)候已經(jīng)提前存了一個(gè)壓應(yīng)力了，當(dāng)連桿再受到往復(fù)力、拉力的時(shí)候會(huì)被殘余的壓應(yīng)力抵消一部分，受到壓力的時(shí)候會(huì)疊加上去。當(dāng)金屬受壓的時(shí)候，金屬晶體結(jié)構(gòu)被壓地夯實(shí)，不容易產(chǎn)生疲勞裂紋。一般來說，金屬的抗壓性能又優(yōu)越于抗拉性能。使用噴丸等工藝使外表面一定深度有一定的壓應(yīng)力，對提高疲勞損傷有幫助。

通過第一組、第七組、第八組、第十四組的比較見表 4。

表 4 4 種殘余應(yīng)力的最大疲勞損傷

可以看出，在外表面殘余應(yīng)力為 -200 MPa 的情況下，0.25 mm 處的殘余應(yīng)力是有一個(gè)最優(yōu)值的，由最大疲勞損傷的變化可以看出，0.25 mm 處的最優(yōu)值應(yīng)為 -400 MPa。

通過第一組、第四組、第五組、第十二組的比較見表 5。

可以看出，在 0.25 mm 深度的殘余應(yīng)力取 -400 MPa 的情況下，表面殘余應(yīng)力的值并非越大

5、結(jié)論：

表 5 4 種殘余應(yīng)力的最大疲勞損傷

 越好，而是有一個(gè)最佳值，通過上表可以大致判斷出為 -200 MPa。綜上所述，找出的最優(yōu)殘余應(yīng)力分布規(guī)律為第一組，見表 6。目前普遍使用的噴丸工藝產(chǎn)生的殘余應(yīng)力分布規(guī)律是第十三組數(shù)據(jù)，并非最優(yōu)，這是可以再優(yōu)化的。目前找到的最優(yōu)數(shù)據(jù)是第一組數(shù)據(jù)，所以在生產(chǎn)過程中可嘗試使殘余應(yīng)力分布規(guī)律達(dá)到第一組，使噴丸工藝對連桿抗疲勞性能的提高達(dá)到最優(yōu)。