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用有限元分析對主要零部件進行結(jié)構(gòu)強度分析是汽車發(fā)動機開發(fā)與改進的必經(jīng)環(huán)節(jié)和必要手段之一。目前有各種成熟的商用CAE軟件，國外汽車公司、發(fā)動機公司或?qū)I(yè)研發(fā)機構(gòu)已經(jīng)掌握比較完善的技術(shù)，并有各自的計算分析規(guī)范，但不公開。
在氣缸體的有限元應(yīng)用中，一般只在模態(tài)計算和振動噪聲分析時才把氣缸體作為整體考慮。而進行氣缸體強度分析時通常采用局部模型，即對從氣缸體實體模型上切出的局部進行建模、確定邊界條件和有限元計算。根據(jù)分析目的和要求，用于強度分析的氣缸體局部模型分為5種，即單缸模型、兩個半缸模型、1個單缸和兩個相鄰半缸模型、相鄰兩缸模型(包括第1缸或者最后1缸)以及1個主軸承座模型(不含缸筒)。
某直列6缸增壓柴油機擬通過提高增壓壓力來提高標定功率，但擔(dān)心因最大缸內(nèi)壓力增大而導(dǎo)致主軸承座強度不足。為此，作者采用主軸承座局部模型對該柴油機主軸承座進行了有限元強度分析，主軸承載荷用Engdyn軟件計算，網(wǎng)格劃分和有限元計算用HyperMesh軟件完成。
該柴油機有7個主軸承座。其中第2、第3、第5和第6主軸承座結(jié)構(gòu)相似，主軸承載荷計算結(jié)果表明它們的各種峰值載荷也相近；第1、第7主軸承的峰值載荷比第2、第3、第5和第6主軸承座的峰值載荷�。坏�4主軸承座是曲軸定位軸承座，具有較高的強度，承受的峰值載荷較小而彎矩較大；已有第5主軸承座、主軸承蓋的裝配應(yīng)力測量結(jié)果可供對比。綜合考慮，只對第5主軸承座進行強度分析。主軸承座的CAD模型用Pro/Engineer軟件在氣缸體模型上切出來。先從第4缸和第5缸的氣缸中心線切出只含第5主軸承座的部分，再切除凸輪軸孔以上的部分。
主軸承座模型包括主軸承座、主軸承蓋、兩個主軸承螺栓和上、下軸瓦。所用的坐標系為：以主軸承座孔中心為坐標原點，x軸沿曲軸軸線指向氣缸體后端；y軸平行于氣缸中心線指向缸蓋；z軸垂直于xy平面，滿足右手定則。
采用HyperMesh軟件進行有限元模型的建模和后處理。網(wǎng)格劃分時，先采用TRIA3單元劃分部件的包絡(luò)面網(wǎng)格，再對將要施加約束和載荷的面以及所關(guān)心部位的面進行局部修改，最后采用推進陣面算法由得到的面網(wǎng)格生成整個零件的實體網(wǎng)格。
在局部網(wǎng)格處理中考慮三方面：
·細化主軸承孔附近的網(wǎng)格，重點是主軸承蓋的軸承孔附近、主軸承座與主軸承蓋的接觸面附近、主軸承座孔與軸瓦接觸面附近、潤滑油孔內(nèi)表面等；
·對將要施加約束的所有邊界面和接觸面進行網(wǎng)格控制，保證這些面上的節(jié)點分布和位置滿足施加約束的要求，重點是保證相互接觸的兩個面上節(jié)點的映射關(guān)系；這些接觸面包括主軸承座與主軸承蓋、主軸承孔與軸瓦、上下軸瓦、螺栓頭與主軸承蓋以及螺栓螺紋部分與螺栓孔(螺紋連接按螺栓與螺紋孔柱面接觸處理)；
·簡化軸瓦模型，去掉油槽和油孔，使軸瓦內(nèi)表面的節(jié)點成126×18分布，并且采用局部圓柱坐標系以便施加主軸承分布載荷。
在所有相互接觸的面上都映射了節(jié)點，相互對應(yīng)的節(jié)點用RBE單元連接，根據(jù)約束情況，通過約束對應(yīng)節(jié)點在某些方向的相對位移就可模擬接觸關(guān)系。網(wǎng)格裝配模型見圖2，共有355 909個單元、86 175個節(jié)點。
主軸承座與主軸承蓋有兩個接觸面：在xz平面內(nèi)的對接面和定位制口(平行于xy平面)。
裝配狀態(tài) 在xz平面內(nèi)的接觸面上，坐標x=0的對應(yīng)節(jié)點約束x方向的相對位移，所有對應(yīng)節(jié)點約束y方向的相對位移。在定位制口接觸面上，所有對應(yīng)節(jié)點約束z方向的相對位移；
動態(tài)載荷狀態(tài) 在xz平面內(nèi)的接觸面上，所有對應(yīng)節(jié)點約束3個方向的相對位移。當(dāng)z方向載荷方向為正時，約束z坐標為正的制口接觸面上的所有對應(yīng)節(jié)點z向的相對位移；當(dāng)z方向載荷方向為負時，約束z坐標為負的制口接觸面上的所有對應(yīng)節(jié)點z向的相對位移；
主軸承孔與上、下軸瓦的接觸面上所有對應(yīng)節(jié)點約束y方向和z方向相對位移；上下軸瓦接觸面上所有對應(yīng)節(jié)點約束y方向的相對位移；螺栓與主軸承蓋接觸面上所有對應(yīng)節(jié)點約束3個方向的相對位移；螺栓螺紋與螺栓孔螺紋部分接觸面上所有對應(yīng)節(jié)點約束3個方向的相對位移。
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