隨機(jī)有限元法對(duì)柴油機(jī)連桿疲勞強(qiáng)度分析外文文獻(xiàn)翻譯及中英文翻譯

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附錄1：外文原文 附錄2：外文翻譯 隨機(jī)有限元法對(duì)柴油機(jī)連桿疲勞強(qiáng)度分析 摘要 本文用攝動(dòng)隨機(jī)有限元法 (PSFEM) 分析了柴油機(jī)連桿 (cr) 的應(yīng)力。柴油機(jī)的疲勞損失判據(jù)提出了柯?tīng)栴D多蘭疲勞累計(jì)損傷理論。根據(jù)疲勞失效判據(jù)和隨機(jī)應(yīng)力分析結(jié)果，一次二階距法被應(yīng)用于疲勞強(qiáng)度可靠性的分析。通過(guò)與蒙特卡羅模擬的比較,證明了隨機(jī)有限元法在隨機(jī)應(yīng)力分析中的有效性和準(zhǔn)確性。這一分析表明,某型柴油機(jī)連桿的可靠性是 0.99917,這與工廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是相符的。 簡(jiǎn)介 在傳統(tǒng)的柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)參數(shù)中例如，結(jié)構(gòu)尺寸，材料性能，外部載荷等經(jīng)常被視為確定性變量。事實(shí)上，制造和使用時(shí)，考慮到許多不確定因素，這些參數(shù)又會(huì)有不確定性。為了解釋不確定性的影響,常用的方法是應(yīng)用安全系數(shù)，但如何選擇正確的安全系數(shù)是困難的。.當(dāng)安全系數(shù)較小時(shí),結(jié)構(gòu)可能不安全。當(dāng)安全系數(shù)大時(shí), 結(jié)構(gòu)可能很重。除上述影響以外,安全因素還不能為設(shè)計(jì)改進(jìn)提供幫助。為了避免任何安全因素的負(fù)面影響, 本文采用了可靠性分析法。 在可靠性分析中,經(jīng)常使用蒙特卡羅模擬(Astill et al "1972)。為了得到準(zhǔn)確的結(jié)果,必須有大量的樣品,這就意味著極大的計(jì)算量,特別是在高可靠性結(jié)構(gòu)中。在本文中,有一個(gè)不同的方法, PSFEM (Nakagiri 和 Hisada, 1982) 結(jié)合AFOSM 方法 (Hasofer 和琳德, 1974), 用于疲勞柴油機(jī) 連桿的強(qiáng)度可靠性分析。在分析中,燃燒峰值壓力,活塞組質(zhì)量,曲軸轉(zhuǎn)速,小端孔和葉套管之間的干涉幅度,彈性模量和泊松比被認(rèn)為是隨機(jī)的變量。應(yīng)力的平均值、方差和協(xié)方差通過(guò)PSFEM得到。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用于通過(guò)AFOSM 方法的可靠性分析中。為了展示這個(gè)方法的特征提供一個(gè)例子和實(shí)驗(yàn)。 應(yīng)力分析 上述提到的方法是應(yīng)用在固定型號(hào)的柴油機(jī)連桿的疲勞強(qiáng)度分析中的。在應(yīng)力分析中,連桿的所受的外界壓力,燃燒峰值壓力,活塞組質(zhì)量,曲軸轉(zhuǎn)速,小端孔和葉套管之間的干涉幅度,都被列入考慮范圍之內(nèi)。通過(guò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用AFOSM 方法在分析連桿的可靠性時(shí)，我們得到在柴油機(jī)連桿上的一些疲勞強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)，它表明了，在壓力條件下這個(gè)地方的可可靠性是最低的。在計(jì)算時(shí),考慮到兩個(gè)條件: 在TDC上最大的壓力條件和在TDC附近最大的拉力條件下。舉例來(lái)說(shuō),我們只分析了小端的應(yīng)力,因?yàn)樗?jīng)歷了更高的應(yīng)力。另外,計(jì)算模型時(shí)簡(jiǎn)化了三個(gè)方面。第一, 外部載荷是對(duì)稱的。柴油機(jī)連桿軸在最大拉力和最大壓力的條件下,只使用小端的一半用于計(jì)算。第二，活塞銷施加在小端孔上的作用力假定為在余弦分布，分布角為160℃，在拉力條件下180℃。圖3拉力條件的應(yīng)力分布，圖4壓力條件的應(yīng)力分布。第三, 采用平面應(yīng)力模型。柴油機(jī)連桿被當(dāng)作二維模型在不同的零件中是具有不同厚度的。在自動(dòng)有限元網(wǎng)格生成中, 連桿分為多個(gè)區(qū)域有不同厚度。三線網(wǎng)格是通過(guò)前沿法在每個(gè)區(qū)域中生成(Peraire et al, 1987)。負(fù)載分布連同 FE網(wǎng)格顯示在圖 2。根據(jù)計(jì)算, 最大應(yīng)力振幅發(fā)生在連桿可傳遞弧在小端和小腿之間的外邊界。在圖中指出了應(yīng)力幅度較大的點(diǎn)2。這些積分用于可靠性分析。盡管 連桿的壓力是在二維狀態(tài), 這些 "危險(xiǎn)" 點(diǎn)的重量在一維狀態(tài)。但是它要么是壓應(yīng)力要么是拉應(yīng)力，因?yàn)?"危險(xiǎn)" 點(diǎn)位于柴油機(jī)連桿體的自由邊界。柴油機(jī)連桿表面分布的應(yīng)力情況顯示在3和圖4。 為了與 PSFEM 進(jìn)行比較, 還進(jìn)行了蒙特卡羅模擬。兩種方法的應(yīng)力統(tǒng)計(jì)如表2所示。表明兩種方法的結(jié)果彼此重合。然而,蒙特卡洛模擬非常耗時(shí)。當(dāng)樣品的數(shù)量為 200, 時(shí)間在蒙特卡羅模擬上花費(fèi)的時(shí)間是PSFEM花費(fèi)時(shí)間的20倍。除了壓力統(tǒng)計(jì), PSFEM 提供的壓力對(duì)于每個(gè)基本隨機(jī)變量的響應(yīng)靈敏度也是有影響的。從表2中可以看出, 燃燒峰值壓力和轉(zhuǎn)速在壓力狀態(tài)下表現(xiàn)的更敏感。因?yàn)槿紵龎毫χ淮嬖谟趬毫l件下, 而在拉力條件下燃燒峰值壓力的靈敏度為零。 實(shí)驗(yàn) 在柴油機(jī)連桿的可靠性分析中,準(zhǔn)確的獲得應(yīng)力的數(shù)據(jù)是非常重要的。本文中應(yīng)力的平均值和方差是由 PSFEM 獲得的。為了檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和該方法的可靠性, 應(yīng)用單光束激光散斑干涉法進(jìn)行了柴油機(jī)連桿形變實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。在實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)柴油機(jī)連桿被測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)和載荷的情況在下圖中顯示。位移計(jì)算和實(shí)驗(yàn)所收到的分?jǐn)?shù)顯示在表6中。為了消除剛性運(yùn)動(dòng)的影響,點(diǎn)1和2被采取作為約束點(diǎn)，而且他們的位移是零。因?yàn)辄c(diǎn)5和6是對(duì)稱的,只有它們位移的平均值被給出了。結(jié)果表明:這兩種方法是相似的, 這證實(shí)了PSFEM 的可靠性。