柴油機是一種內(nèi)燃機，它使用柴油作為燃料進(jìn)行燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能。柴油機的工作原理是通過壓縮空氣使柴油在高溫高壓下自燃，產(chǎn)生爆炸力推動活塞運動，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

柴油機的主要組成部分包括氣缸、活塞、曲軸、連桿、燃油噴射系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。其工作過程大致分為四個階段：進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣。

除此以外，還有一個重要的零件容易被大家所忽略，那就是柴油機后吊耳。柴油機后吊耳是指柴油機的后部上方裝有的吊耳或吊環(huán)，用于安裝和懸掛柴油機的設(shè)備或進(jìn)行維修和保養(yǎng)。通過柴油機后吊耳，可以使用起重設(shè)備（如起重機或吊車）將柴油機安裝到適當(dāng)?shù)奈恢?，或者在需要時將其卸下。柴油機后吊耳也可以用于固定柴油機的支撐結(jié)構(gòu)，以確保其穩(wěn)定和安全。

下面我們應(yīng)用 Abaqus 軟件，模擬某柴油機后吊耳在承受發(fā)動機和變速箱重量的強度情況，分析判斷該吊耳結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理。

在通常的有限元分析中，絕大多數(shù)采用線性方法分析，但是這種情況在出現(xiàn)接觸的時候局部會產(chǎn)生較大的偏差，在本計算中，采用接觸非線性的算法進(jìn)行計算。

后吊耳有限元分析過程

建立有限元模型

本計算針對后吊耳進(jìn)行強度分析，計算模型包括：前吊耳、后吊耳、螺栓 2 顆以及缸蓋部分。變速箱重 90KG左右（包括潤滑油），發(fā)動機的質(zhì)量 300kg，發(fā)動機及變速箱重量采用在其質(zhì)心位置創(chuàng)建 MPC，在吊鏈交點施加等效力模擬，吊鏈采用 Truss 單元模擬。模型利用 Hypermesh 軟件劃分網(wǎng)格，在 Abaqus/CAE 軟件里面施加邊界條件，由 Abaqus 求解器進(jìn)行求解，網(wǎng)格單元為 C3D10M。

表 1 計算模型單元數(shù)和節(jié)點數(shù)

圖 1 后吊耳等網(wǎng)格模型

表 2 分析中各零件的材料特性

邊界條件

所有螺栓頭部與被緊固件的接觸面、所有螺栓螺紋與接觸的螺紋孔用 Tie 連接，吊耳與氣缸體部分全部用Slide 連接，在 Slide 接觸中，鋼與鑄鐵的磨擦系數(shù)值取 0.3，鋼與鋼的摩擦系數(shù)取 0.15，即吊耳與缸蓋之間的摩擦系數(shù)取 0.3，螺栓與吊耳之間的摩擦系數(shù)取 0.15。 兩邊吊鏈取一個夾角為直角進(jìn)行計算。

計算坐標(biāo)系 X 坐標(biāo)用從發(fā)動機變速箱重心指向吊鏈交點來定義，即重力反方向，前后吊勾對前后吊耳作用點、與發(fā)動機變速箱重心以及吊點在同一平面內(nèi)，發(fā)動機變速箱重心點全約束，與前后氣缸體中間面用 MPC 連接。用一墊塊模擬吊鉤，用 tie 與后吊耳接觸，如圖 2 所示：

圖 2 有限元全模型

M10 的螺栓預(yù)緊力 27500N，發(fā)動機變速箱實測凈重 390kg，加上油、水再適當(dāng)?shù)娜〈簏c安全系數(shù)，本計算取450kg。在吊鏈交點處加一作用力 F=4500N 代替，方向為重心指向吊鏈交點，通過定義坐標(biāo)。

模型計算結(jié)果

Q235 鋼材料的屈服強度 >235MPa，抗拉強度 375～500MPa。計算得到原模型后吊耳的應(yīng)力云圖分別見圖 3～4。

圖3后吊耳等效應(yīng)力云圖 圖4 后吊耳拉應(yīng)力云圖

通過應(yīng)力云圖可以很直觀的得到原模型后吊耳的應(yīng)力分布情況，最大等效應(yīng)力和最大拉應(yīng)力點都發(fā)生在如圖所示的彎角處，過濾掉虛應(yīng)力后，可以看到后吊耳最大等效應(yīng)力約為 215.4MPa，小于 Q235 材料的屈服值（235MPa），最大拉應(yīng)力約 209.1MPa，小于 Q235 材料的抗拉值（370～500MPa），因此該吊耳是安全的。

后吊耳的最大等效應(yīng)力（215.4 MPa） 和最大拉應(yīng)力 209.1MPa 均低于該材料的許可應(yīng)力，因此，該吊耳（在吊鏈夾角為 90 度的情況下）是安全的。