隨機有限元法對柴油機連桿疲勞強度分析外文文獻翻譯及中英文翻譯

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附錄1：外文原文 附錄2：外文翻譯 隨機有限元法對柴油機連桿疲勞強度分析 摘要 本文用攝動隨機有限元法 (PSFEM) 分析了柴油機連桿 (cr) 的應(yīng)力。柴油機的疲勞損失判據(jù)提出了柯爾頓多蘭疲勞累計損傷理論。根據(jù)疲勞失效判據(jù)和隨機應(yīng)力分析結(jié)果，一次二階距法被應(yīng)用于疲勞強度可靠性的分析。通過與蒙特卡羅模擬的比較,證明了隨機有限元法在隨機應(yīng)力分析中的有效性和準(zhǔn)確性。這一分析表明,某型柴油機連桿的可靠性是 0.99917,這與工廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是相符的。 簡介 在傳統(tǒng)的柴油機連桿的設(shè)計參數(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。事實上，制造和使用時，考慮到許多不確定因素，這些參數(shù)又會有不確定性。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,結(jié)構(gòu)可能不安全。當(dāng)安全系數(shù)大時, 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)計改進提供幫助。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算量,特別是在高可靠性結(jié)構(gòu)中。在本文中,有一個不同的方法, PSFEM (Nakagiri 和 Hisada, 1982) 結(jié)合AFOSM 方法 (Hasofer 和琳德, 1974), 用于疲勞柴油機 連桿的強度可靠性分析。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)為是隨機的變量。應(yīng)力的平均值、方差和協(xié)方差通過PSFEM得到。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于通過AFOSM 方法的可靠性分析中。為了展示這個方法的特征提供一個例子和實驗。 應(yīng)力分析 上述提到的方法是應(yīng)用在固定型號的柴油機連桿的疲勞強度分析中的。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)。通過計算機應(yīng)用AFOSM 方法在分析連桿的可靠性時，我們得到在柴油機連桿上的一些疲勞強度危險點，它表明了，在壓力條件下這個地方的可可靠性是最低的。在計算時,考慮到兩個條件: 在TDC上最大的壓力條件和在TDC附近最大的拉力條件下。舉例來說,我們只分析了小端的應(yīng)力,因為它經(jīng)歷了更高的應(yīng)力。另外,計算模型時簡化了三個方面。第一, 外部載荷是對稱的。柴油機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。在自動有限元網(wǎng)格生成中, 連桿分為多個區(qū)域有不同厚度。三線網(wǎng)格是通過前沿法在每個區(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" 點的重量在一維狀態(tài)。但是它要么是壓應(yīng)力要么是拉應(yīng)力，因為 "危險" 點位于柴油機連桿體的自由邊界。柴油機連桿表面分布的應(yīng)力情況顯示在3和圖4。 為了與 PSFEM 進行比較, 還進行了蒙特卡羅模擬。兩種方法的應(yīng)力統(tǒng)計如表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。當(dāng)樣品的數(shù)量為 200, 時間在蒙特卡羅模擬上花費的時間是PSFEM花費時間的20倍。除了壓力統(tǒng)計, PSFEM 提供的壓力對于每個基本隨機變量的響應(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。因為燃燒壓力只存在于壓力條件下, 而在拉力條件下燃燒峰值壓力的靈敏度為零。 實驗 在柴油機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行了柴油機連桿形變實驗。實驗是在萬能材料試驗機上進行的。在實驗中幾個柴油機連桿被測試。測試點和載荷的情況在下圖中顯示。位移計算和實驗所收到的分?jǐn)?shù)顯示在表6中。為了消除剛性運動的影響,點1和2被采取作為約束點，而且他們的位移是零。因為點5和6是對稱的,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, 這證實了PSFEM 的可靠性。