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發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度分析是有限元技術(shù)較早涉足的領(lǐng)域，由于有限元技術(shù)和軟硬件條件的迅速發(fā)展，對發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度的分析逐漸由對某一單獨零件或零件的某一局部進行分析發(fā)展到對整體組合結(jié)構(gòu)的分析，從僅考慮機械負荷發(fā)展到機械負荷與熱負荷藕合的分析，從簡單的靜態(tài)分析發(fā)展到動態(tài)分析等，分析精度有所提高。但對于軍用大功率高速發(fā)動機，由于其結(jié)構(gòu)一般都較為復雜，在目前的軟硬件條件下，直接進行發(fā)動機整體組合結(jié)構(gòu)的精確有限元分析尚存在一定難度。本研究采用的子模型法可以實現(xiàn)發(fā)動機復雜組合結(jié)構(gòu)的精確有限元分析，為發(fā)動機的設(shè)計提供準確的結(jié)構(gòu)強度分布數(shù)據(jù)。
在有限元法發(fā)展的初期，由于計算機軟硬件條件制約，有限元分析的規(guī)模受到很大的限制，而有限元網(wǎng)格的尺寸大小直接影響著分析的精度，所以對于一些復雜的結(jié)構(gòu)，進行總體分析很難得到滿意的分析精度甚至無法求解。子結(jié)構(gòu)法和子模型法可以解決分析規(guī)模和分析精度之間的矛盾，但子結(jié)構(gòu)法分析較復雜，使用起來非常不便，特別是對于結(jié)構(gòu)較為復雜，建立子結(jié)構(gòu)模型的工作量更是相當驚人。而子模型法不存在這類問題，作為一種分析方法，它不依賴于某個具體分析軟件的限制，具有較高的靈活性。
采用子模型法對復雜結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)強度分析時可分為兩個步驟：(1)對復雜結(jié)構(gòu)進行總體分析，分析時結(jié)構(gòu)作適當簡化，(2)根據(jù)總體分析結(jié)果，對所關(guān)心的局部結(jié)構(gòu)進行精確細化分析，得到這些局部結(jié)構(gòu)較為精確的強度分布結(jié)果。
由于交接面的等效位移邊界約束和接觸壓力邊界條件綜合考慮了其它結(jié)構(gòu)的剛度和載荷對細化分析結(jié)構(gòu)的影響，所以只需對細化結(jié)構(gòu)本身進行分析，可根據(jù)需要采用較細的網(wǎng)格或精度較高的二次單元，從而得到更加精確的解，并可實現(xiàn)分析結(jié)果的誤差估計，為進一步改進設(shè)計提供可靠的分析結(jié)果。
發(fā)動機結(jié)構(gòu)主要受載零件有缸蓋、活塞、連桿、曲軸、主軸承座和機體等，這些零件通過接觸和螺栓組裝在一起，它們之間的剛度是互相耦合的。發(fā)動機缸蓋和機體等結(jié)構(gòu)非常復雜，如果只單獨進行強度分析，則很難準確考慮到這些結(jié)構(gòu)之間剛度的影響和接觸面上壓力的分布，無法施加正確的邊界條件，特別是對缸蓋和機體、機體與主軸承蓋之間的連接螺栓，如果不進行組合分析，則無法得到在爆發(fā)沖程后所受到的拉力數(shù)值。所以進行單個零件的強度分析時，邊界條件簡化的合理與否決定了分析結(jié)果的正確程度，這主要依賴于分析者的經(jīng)驗，帶有一定的不確定性。而進行發(fā)動機總體組合結(jié)構(gòu)的精確分析，有限元模型將十分龐大，這對于一般軟硬件條件是無法實現(xiàn)的。
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