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概述
发动机连杆用于连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆工作时，承受活塞顶部气体压力和惯性力作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。如果连杆失效，缸体和缸盖都将受到冲击，甚至发生捣缸事故。
1 连杆计算案例
某发动机连杆在疲劳试验中发生大头断裂，断裂位于螺栓孔最后一道螺纹截面，失效形式如图1所示。 （图片） 2 连杆有限元计算数据
2.1 连杆有限元模型（图片） 2.2材料与属性（图片） 2.3 连杆有限元计算工况（图片） （图片） 3 连杆断裂位置疲劳安全系数计算结果（图片） 结论：该危险截面疲劳安全系数偏低,不满足要求。
4 连杆断裂原因
4.1斜切口连杆螺栓孔最后一道螺纹截面受力状态分析
往复惯性力工况断裂截面承受拉伸、弯曲组合应力，爆发工况断裂截面承受压缩、弯曲组合应力，在交变载荷和应力集中的作用下，连杆大头螺栓孔末端截面发生断裂。（图片） 5 连杆结构改进措施
5.1使用HyperMorph减小螺栓孔直径,增加断裂截面壁厚（图片） 由于连杆外部轮廓受运动干涉限制不能更改，因此考虑减小螺栓直径，将螺栓孔直径Φ14减为Φ12，为保证计算精度，使用HyperMorph减小螺栓孔直径。（图片） 螺栓孔疲劳计算结果见表2
5.2 螺栓配合长度增加2mm（图片） 螺栓孔疲劳计算结果见表2
5.3借鉴其它连杆加强方式
借鉴其它连杆加强方式做出改进方案3、改进方案4（图片） （图片） 5.4 使用OptiStruct优化大头结构
连杆大头局部拓扑优化
优化目标：连杆螺栓孔最后一道螺纹应力最小
约束：设计区体积百分比
工况：往复惯性力工况、爆发工况（图片） 根据优化结果做出的改进方案5（图片） 螺栓孔疲劳计算结果见表2
使用HyperMorph对改进方案5过渡圆角进行调整，得出改进方案6。（图片） 螺栓孔疲劳计算结果见表2（图片） 6分析结论
改进方案1、改进方案2、改进方案6断裂位置疲劳安全系数大于1.3，满足要求。改进方案1和方案2杆身增重较小，但更换连杆螺栓会增加生产成本，所以选择方案6。
经疲劳试验证明，使用OptiStruct、HyperMorph做出的连杆优化方案6满足要求。（图片） 参考文献
[1] 陈家瑞编著.汽车构造.人民交通出版社
[2] 杨连生编著.内燃机设计.中国农业出版社
[3] 张胜兰编著.基于HyperWorks的结构优化设计技术.机械工业出版社
[4] 姚卫星编著.结构疲劳寿命分析.国防工业出版社
[5] 朱仙鼎编著.中国内燃机工程师手册.上海科学技术出版社
11/22/2013
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