图3 网格模型选中的节点

忽略气缸对活【gāng duì huó】塞的摩擦力的【cā lì de】影响【yǐng xiǎng】，连杆大端所受的压力为【wéi】：

大端：

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

L

式中，D 为活塞直径【zhí jìng】，P_Z 为最高爆压，m_p 为活塞质量，R 为曲柄半径，L 为连杆的长度【de zhǎng dù】，ω为曲柄的角速【de jiǎo sù】度【dù】。

根据有【gēn jù yǒu】关资料得到连杆大端所受的最大压力【lì】为317 kN。

分析认为，当活塞位于进气过程【qì guò chéng】上止点时【shí】，连杆所【lián gǎn suǒ】受的拉【shòu de lā】力最大。根据将【gēn jù jiāng】连杆等效为二【xiào wéi èr】质量单【zhì liàng dān】元的假设，忽略气缸对活塞的摩【sāi de mó】擦力的影响，连杆大端所受的拉【shòu de lā】力为：

式中各符号的含义同（1）式。

根据有【gēn jù yǒu】关资料得到连杆大端所受最大拉力为【wéi】75 kN。

查 得【dé】620 连杆大【lián gǎn dà】端孔径为（含尺寸公差【gōng chà】）135～135.025 mm，宽度为【kuān dù wéi】 44～44.16 mm。约束连杆小端，连杆大【lián gǎn dà】端受力【duān shòu lì】时【shí】，取90°对应的面为压力【lì】受力【lì】面，计算得【jì suàn dé】到受到最大均【zuì dà jun1】布压应【bù yā yīng】力【lì】68 MPa，最大拉应力【lì】 17 MPa。

根据文献[3] 的研究【de yán jiū】结论【jié lùn】，得到的【dé dào de】一定直【yī dìng zhí】径、一定速度的残【dù de cán】余应力分布规律见图【tú】4、图【tú】5、图【tú】

图【tú】5 速度为40 m/s 的弹丸【de dàn wán】的应力【de yīng lì】图像【tú xiàng】图【tú】4 速度为70 m/s 的弹丸【de dàn wán】的应力【de yīng lì】图像【tú xiàng】

图6 速度为【sù dù wéi】60 m/s 的弹丸【de dàn wán】的应力【de yīng lì】图像 图7 速度为【sù dù wéi】80 m/s 的弹丸【de dàn wán】的应力【de yīng lì】图像

6、图 7。

由文献【yóu wén xiàn】[3] 的结果【de jié guǒ】，发现大部分最大残余应力处出现在【chū xiàn zài】深度为0.25 mm 的部位。经过简【jīng guò jiǎn】化筛选之后，总结出以下十【yǐ xià shí】四种表面残余应力情况，见表1。

表1 残余应力的分布规律

将这14 种残余应力的分布规律【lǜ】，分别在workbench中进行静力学【jìng lì xué】计算。将静力学【jìng lì xué】分析结果

导入专业疲劳【yè pí láo】分析软【fèn xī ruǎn】件nCode 中【zhōng】（见图【tú】8），进行疲劳分【pí láo fèn】析计算【jì suàn】，得到疲【dé dào pí】劳损伤云图【tú】（见图【tú】9）。经过在ncode 中【zhōng】的模拟计算【nǐ jì suàn】，共计得到14 种

图【tú】8 疲劳分析与有【xī yǔ yǒu】限元分析链接图【tú】

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

图 9疲劳损伤云图

表【biǎo】 2 14 种残余应力的【yīng lì de】最大疲劳损伤【láo sǔn shāng】

疲劳损伤云图，损伤结果见表2。

2结果分析

通过第一组【zǔ】、第四组【dì sì zǔ】和第八组【zǔ】、第九组【zǔ】的比较见表【jiàn biǎo】3。

表34种残余应力的最大疲劳损伤

 可以看出，其他条【qí tā tiáo】件相同【jiàn xiàng tóng】的情况下，外表面残余应【cán yú yīng】力为负值的时候【de shí hòu】，最大疲劳损伤小于外表面残余应【cán yú yīng】力为正值的时候【de shí hòu】，也就是说外表【shuō wài biǎo】面的残余应【cán yú yīng】 

力【lì】为负值最好。由于金属材料的抗【liào de kàng】压性能往【xìng néng wǎng】往远远【wǎng yuǎn yuǎn】大于材料的抗【liào de kàng】拉性能，应力【lì】为负，表示是压应力【lì】，连杆未【lián gǎn wèi】加载负荷的时候已经提前存了一个【le yī gè】压应力【lì】了，当连杆【dāng lián gǎn】再受到往复力【lì】、拉力的【lā lì de】时候会被残余的压应力【lì】抵消一部分，受到压力的时【lì de shí】候会叠【hòu huì dié】加上去【jiā shàng qù】。当金属【dāng jīn shǔ】受压的时候，金属晶体结构被压地夯实【bèn shí】，不容易产生疲劳裂纹【láo liè wén】。一般来【yī bān lái】说，金属的抗压性能又优【néng yòu yōu】越于抗【yuè yú kàng】拉性能。使用喷【shǐ yòng pēn】丸等工艺使外表面一定深度有一定的压应力【lì】，对提高【duì tí gāo】疲劳损伤有帮助。

通过第一组【yī zǔ】、第七组【dì qī zǔ】、第八组、第十四组的比较见表4。

表44种残余应力的最大疲劳损伤

可以看【kě yǐ kàn】出，在外表【zài wài biǎo】面残余【miàn cán yú】应力为【yīng lì wéi】-200 MPa 的情况下，0.25 mm 处的残【chù de cán】余应力是有一个最优值的，由最大疲劳损伤的变化可以看【kě yǐ kàn】出，0.25 mm 处的最优值应为-400 MPa。

通过第【tōng guò dì】一组、第四组、第五组、第十二【dì shí èr】组的比较见表【jiào jiàn biǎo】5。

可以看出，在【zài】0.25 mm 深度的残余应力【yú yīng lì】取-400 MPa 的情况下【xià】，表面残【biǎo miàn cán】余应力【yú yīng lì】的值并非越大

5、结论：

表54种残余应力的最大疲劳损伤

 越好，而是有一个最佳值，通过上表可以大致判断出为【duàn chū wéi】 -200 MPa。综上所【zōng shàng suǒ】述，找出的【zhǎo chū de】最优【yōu】残余应【cán yú yīng】力分布规【fèn bù guī】律为第一组，见表【jiàn biǎo】 6。目前普遍使用的喷丸工艺产生的残余应【cán yú yīng】力分布规【fèn bù guī】律是第【lǜ shì dì】十三组数据【shù jù】，并非最优【yōu】，这是可以再优【yǐ zài yōu】化的【huà de】。目前找到的最优【yōu】数据【shù jù】是第一【shì dì yī】组数据【shù jù】，所以在【suǒ yǐ zài】生产过【shēng chǎn guò】程中可尝试使残余应【cán yú yīng】力分布规【fèn bù guī】律达到第一组，使喷丸工艺对【gōng yì duì】连杆抗疲劳性能的提【néng de tí】高达到最优【yōu】。