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1、设计巴巴工作室 设计巴巴工作室 毕业设计(论文)外文资料翻译学院 (系)： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 学 号： 外文出处：Numerical analysis on fracture Splitting technology of bearing block of engine 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 (用外文写)设计巴巴工作室 指导教师评语：译文的意思基本正确，语句较通顺。专业性术语的翻译也较为得当。译文的数量已超过学校规定的要求。这说明该生具有较强的科技文献的阅读理解与翻译能力。签名： 年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。设计巴巴工作室
2、 附件 1：外文资料翻译译文发动机曲轴箱轴承座裂解加工数值分析预先精确计算裂解力参数,对于裂解设备设计及工艺过程的制定至关重要。应用MSC. MARC 软件对捷达轿车发动机主轴承座(以Ru T380 材料为例) 起裂过程进行数值模拟,得出了裂解力与J 积分的关系曲线。根据J 积分值与断裂韧性的关系,确定了临界J 积分,采用线性插值的方法获得了裂解力,并进行了实验研究。实验结果表明:此方法也适用于不同结构、不同材料的其他分体类零件裂解加工时裂解力的确定。裂解技术是分体类零件加工领域中一项新型加工工艺,其本质是利用材料的脆性,在人为制造裂解源的前提下,通过外力使其断裂,达到剖分体分离的目的,这就要
3、求材料和结构既要满足零件的机械力学性能和使用寿命,又要适合裂解工艺的要求且要保证裂解质量。汽车发动机曲轴箱轴承座的加工与连杆轴承孔的加工在结构、工艺流程方面都适合于裂解工艺。发动机缸体多采用优质灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等制造,都具有良好的脆性和机械加工性能,适合于裂解加工工艺并容易加工裂解槽。曲轴箱轴承座具有多个轴承孔结构,因此裂解设备需要具备裂解多个轴承孔的能力。所以发动机曲轴箱轴承座较之连杆轴承孔更适合于裂解工艺,工艺更加复杂,效益更加明显。作者应用MSC. MARC 软件对捷达轿车发动机曲轴箱轴承座(以Ru T380 材料为例)起裂过程进行数值模拟,从而确定裂解加工中合适的裂解力参数,
4、并进行了实验验证。裂解加工的原理是通过在曲轴箱轴承孔中心处设计并预制缺口(初始裂纹槽) ,形成应力集中,再主动施加垂直于预定断裂面的载荷进行引裂,当满足发生脆性断裂的条件时,在几乎不发生塑性变形的情况下,在缺口处规则断裂,实现轴承座体与盖的无屑断裂剖分5 ,如图1 所示。由于断裂面呈犬牙交错的自然形态,具有极高的配合精度,无需加工。在后续的轴承孔精加工及装配过程中,分离后的盖、体以断裂剖分的三维曲面精确定位、自然啮合、装配。由于轴承座裂解后轴承座、盖靠结合面装配,结合面积大,承载能力提高,尤其是抗剪切能力大幅提高。由于结合面不用定位销或定位套(平底式) 、或主轴承盖两侧止口(龙门式) 定位,而
5、是采设计巴巴工作室 用裂解结合面啮合定位,定位精度和重复定位精度都很高,有效减小装配时产生的圆度变形。裂解工艺使曲轴箱轴承座由分体加工变为整体加工,省去了分离面拉削与磨削和止口加工等工序,降低了加工成本,提高了经济效益。据德国大众汽车公司计算及本课题组对连杆裂解的实验研究计算,就轴承座的裂解加工而言:1) 明显减少设备投资30 %;2) 缩短生产线长度,减少占地面积;3) 节省量辅具费用40 %;4) 减少刀具种类,降低刀具成本;5) 节约动能40 %;6) 简化工艺,使废品率明显下降。可见裂解工艺的经济效益是明显的。具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、产品质量高、生产成本低等优点。裂解
6、技术的本质是利用材料的脆性,在人为制造裂解源的前提下,通过外力使其断裂达到盖和体分离的目的。这就要求材料既要满足曲轴箱轴承座的机械力学性能和使用寿命,又要适合裂解工艺的要求且要满足裂解的质量。缸体多采用优质灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、铝合金等制造,铸铁具有良好的机械加工性能,因此容易加工裂解槽。灰铸铁抗拉性能远小于其抗压性能,韧性低,因此具有良好的裂解性能,而且因其韧性低,裂解过程的塑性变形也小。球墨铸铁与灰铸铁相比. 主要优点是有高的强度和韧性。蠕墨铸铁是在高碳、低硫和低磷的灰口铸铁浇注时,向铁水中加入蠕化剂(稀土镁钛合金等) ,使石墨形成短蠕虫状,蠕墨铸铁中的蠕虫状石墨形态是介于球状和片状
7、石墨之间的一种过渡型石墨,所以蠕墨铸铁的性能介于灰口铸铁和球墨铸铁之间。连杆多数用45 # 、45Cr 等中碳钢或中碳合金钢制成,抗拉强度和韧性都比铸铁材料高。因此从材料的角度看,裂解工艺更适合于铸铁材料的加工。作为一种先进的制造技术,裂解工艺在国外各大汽车公司已不仅仅局限于连杆的制造与生产,已经得到了广泛的推广应用。中外专家对发动机箱轴承座裂解工艺作了大量研究工作。图5a 和图5b 是国外研究机构研究的裂解机构原理图裂解工艺在发动机箱体加工中的应用, 使原来分体加工的曲轴箱轴承座和轴承盖改为整体加工, 由于裂解由多个环形截面部分沿轴向逐个排列的工件, 该方案包扩1 个胀裂装置,能够沿轴向引入
8、口内作用于各个环形部件。该裂解装置拥有1 个集中的胀裂控制装置,通过控制装置来调节胀裂的程度。工作原理是:通过轴向的驱动装置来调节推拉杆(图4 中) ,使其产生相对运动,将轴向驱动力变为胀块(图4 中) 的径向扩胀力,从而达到裂解的目的。鉴于轴承座裂解加工工艺经济效益显著,而且装配性能好,德国的AL FIN G公司积极开展发动机曲轴箱轴承座裂解加工设备的设计巴巴工作室 研发工作。2003 年AL FIN G公司提交第1 条全自动曲轴箱轴承座的裂解加工生产线,并于2004 年4 月为德国大众汽车公司建立了1 条发动机箱体的裂解生产线4 ,如图6 所示。可见国外利用裂解加工工艺对曲轴箱轴承座进行加
9、工已经成为研究热点,有的国家已达到了实用阶段。但我国对其裂解工艺及设备研发工作相对落后于国外,国内尚未见相关报道,吉林大学已开展这项研究工作,取得了初步的研究成果。对铸态蠕墨铸铁Ru T380 进行数值模拟和实验研究,其相关材料参数如下:弹性模量E = 1. 33105 MPa ,泊松比= 0. 27 ,名义屈服应力0. 2= 310 MPa ,抗拉强度b = 400 MPa 。金相组织三维实体造型是有限元数值模拟的基础,数值模拟的前处理阶段需要输入箱体的实体模型(或简化模型) 以形成边界条件,根据发动机箱体轴承座结构及在裂解过程中的受力特点,捷达轿车四缸发动机箱体轴承座的简化模型。公称尺寸为
10、:圆形孔直径= 59 mm ,外端圆弧直径为100 mm ,两侧宽度为100 mm ,两螺栓孔间距为76 mm ,螺栓孔直径为10 mm ,轴承座厚度为21 mm。裂解槽深度h = 0. 5 mm、张角2= 20、曲率半径r = 0. 2 mm。根据发动机箱体轴承座在裂解过程中的受力特点,将模型简化分割,由于四缸发动机箱体轴承座裂解过程是五个轴承座同时断裂,各轴承座受力特点相同,取其中之一进行模拟分析即可。将 模型在裂纹槽对称面进行分割,由于轴承结构左右对称,故可略去原图的一半,这样进行有限元模拟分析的三维零件图就为原来的1/ 2 。由于箱体尺寸相对较大,裂解过程中固定不动,因此箱体下端采用完
11、全固定约束,即:Ux = Uy= Uz = URx = URy = URz = 0 ,在箱体的圆弧对称面上,由于结构对称、载荷对称,因此对称分割面上的点在X 方向无位移,即:Ux = UR y = UR z = 0 。发动机箱体轴承座裂解时,由于箱体底端固定不动,胀断套筒对轴承座下半圆弧有径向压力,胀块对轴承座上半圆弧有径向胀力。并且由于是I 型裂纹,只有径向力的y 方向分量对裂纹起作用, x 方向分量相互平衡对裂纹不起作用,因此在施加载荷时仅需在上、下半圆弧裂面施加y 方向载荷即可,在Marc/ metant 有限元模拟软件中,载荷的施加方式有多种,如节点载荷、线载荷、面载荷等,根据轴承座裂
12、解加工工艺特点,在本文模拟分析中,选择节点载荷(point load)。网格的划分分为裂纹区与非裂纹区,预先在模型上留出裂纹区,然后在Marc/ metant 软件中对非裂纹区进行实体建模及网格划分,采用127号8 节点四面体单元设计巴巴工作室 (见图5 (a) ) 。然后,生成裂纹区实体模型,采用21 号20 节点八面体单元,由于裂纹区实际尺寸较小,放大的裂纹区网格。通过Glue 功能将非裂纹区与裂纹区的网格粘在一起,中心对称面与非裂纹区用Touching 命令接触连接, 最后激活IDboundary conds 命令,完整的有限元网格模型及边界条件如图5 (d) 所示。对于弹塑性断裂力学,
13、裂尖的应力与应变场产生1/ r 的奇异性,二维情况下,这种奇异性可通过带有3 个重叠节点的三角形单元模拟,而对本文三维模型的分析,可采用20 节点块体等参单元蜕化构造奇异单元来模拟裂纹前缘的应力场。本文采用扩展J 积分法即算法来计算裂纹的J 积分, 并通过拓扑搜索自动定义积分路径。拓扑搜索法是指程序首先自动选取与裂纹尖点相联系的所有单元的外轮廓线作为第一条积分路径,然后进一步搜索与第一条积分路径相联系的单元的外轮廓线作为第二条积分路径,以此类推,可以较方便地确定积分路径。分析中采用30 步分步加载,每步增量4. 6 KN。裂纹尖端节点共43 个, J 积分路径数目定义为6 个, 裂纹尖端节点的
14、允差设为0. 001mm。经模拟分析得到了每个增量步裂解力对应的所有裂尖节点的J 积分数据。为了验证模拟分析的正确,在CSS288300 材料试验机上用专门设计的装置(见图8) 进行了实验验证,设备最大公称拉力为300 KN ,计算机的信号采集速率为200 次/ s ,实验温度为室温,速度为4 mm/ s。试件裂解槽尺寸为:裂解槽深度h =0. 5 mm、张角2= 20、曲率半径r = 0. 2 mm。共实验3 件(见图9) 。根据实验,平均裂解力为137kN (图10 为实验曲线之一) 。由计算可知,模拟值与试验值的误差为:= (137 - 129. 32) / 137 100 % = 5.
15、 6 %由于J IC对应的裂解力实际上是裂纹启裂的裂解力阈值,即满足预制裂纹槽启裂的最小力。理论上,裂纹启裂后能否快速扩展直至断裂,取决于裂纹扩展时的弹性释放能是否满足裂纹扩展对表面能的要求。如果弹性释放能大于表面能,裂纹能够自动扩展;反之,则必须提高外力克服表面能,裂纹才能自动扩展。可见裂解力达到裂解力阈值时,未必能够保证裂纹自动扩展,这由材料的性能所决定。因此,本文将达到裂解力阈值时的裂解力视为断裂的裂解力( 即保证裂纹自动扩展的力) 与实验得到断裂的裂解力结果进行比较,无疑会带来一定的误差。液压回路中的程序库元件图12中的结构图是挖掘机模型图形组成的液压部分，以下的模型是从专属的设计巴巴工作室 程序库中选出，连接并输入参数。注意到从Hylib来的缸和马达能简单连接为所示的多功能程序库的组件。输入信号如，挖掘机发动机的相关信号由图框给出。使测量孔的直径具体化。如控制流体速度的参考阀。对于挖掘机的机械部分，只要图12中所示的元件直接与液压元件相连接。如液压缸接触的直线压力元件。曲轴箱轴承座裂解加工工艺是随着汽车工业的发展而产生的一种新型加工工艺。应用 MSC.MARC
