图 3 网格模型选中的节点

忽略气缸对活塞的摩擦力的影响，连杆大端所受的压力为：

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，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，ω为曲柄的角速度。

根据有关资料得到连杆大端所受的最大压力为 317 kN。

分析认为，当活塞位于进气过程上止点时，连杆所受的拉力最大。根据将连杆等效为二质量单元的假设，忽略气缸对活塞的摩擦力的影响，连杆大端所受的拉力为：

式中各符号的含义同（1）式。

根据有关资料得到连杆大端所受最大拉力为75 kN。

查 得 620 连杆大端孔径为（含尺寸公差）135～135.025 mm，宽度为 44～44.16 mm。约束连杆小端，连杆大端受力时，取 90°对应的面为压力受力面，计算得到受到最大均布压应力 68 MPa，最大拉应力 17 MPa。

根据文献 [3] 的研究结论，得到的一定直径、一定速度的残余应力分布规律见图 4、图 5、图

图 5 速度为 40 m/s 的弹丸的应力图像图 4 速度为 70 m/s 的弹丸的应力图像

图 6 速度为 60 m/s 的弹丸的应力图像 图 7 速度为 80 m/s 的弹丸的应力图像

6、图 7。

由文献 [3] 的结果，发现大部分最大残余应力处出现在深度为 0.25 mm 的部位。经过简化筛选之后，总结出以下十四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，分别在 workbench 中进行静力学计算。将静力学分析结果

导入专业疲劳分析软件 nCode 中（见图 8），进行疲劳分析计算，得到疲劳损伤云图（见图 9）。经过在 ncode 中的模拟计算，共计得到 14 种

图 8 疲劳分析与有限元分析链接图

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 2 14 种残余应力的最大疲劳损伤

疲劳损伤云图，损伤结果见表 2。

2 结果分析

通过第一组、第四组和第八组、第九组的比较见表 3。

表 3 4 种残余应力的最大疲劳损伤

 可以看出，其他条件相同的情况下，外表面残余应力为负值的时候，最大疲劳损伤小于外表面残余应力为正值的时候，也就是说外表面的残余应 

力为负值最好。由于金属材料的抗压性能往往远远大于材料的抗拉性能，应力为负，表示是压应力，连杆未加载负荷的时候已经提前存了一个压应力了，当连杆再受到往复力、拉力的时候会被残余的压应力抵消一部分，受到压力的时候会叠加上去。当金属受压的时候，金属晶体结构被压地夯实，不容易产生疲劳裂纹。一般来说，金属的抗压性能又优越于抗拉性能。使用喷丸等工艺使外表面一定深度有一定的压应力，对提高疲劳损伤有帮助。

通过第一组、第七组、第八组、第十四组的比较见表 4。

表 4 4 种残余应力的最大疲劳损伤

可以看出，在外表面残余应力为 -200 MPa 的情况下，0.25 mm 处的残余应力是有一个最优值的，由最大疲劳损伤的变化可以看出，0.25 mm 处的最优值应为 -400 MPa。

通过第一组、第四组、第五组、第十二组的比较见表 5。

可以看出，在 0.25 mm 深度的残余应力取 -400 MPa 的情况下，表面残余应力的值并非越大

5、结论：

表 5 4 种残余应力的最大疲劳损伤

 万彩网越好，而是有一个最佳值，通过上表可以大致判断出为 -200 MPa。综上所述，找出的最优残余应力分布规律为第一组，见表 6。目前普遍使用的喷丸工艺产生的残余应力分布规律是第十三组数据，并非最优，这是可以再优化的。目前找到的最优数据是第一组数据，所以在生产过程中可尝试使残余应力分布规律达到第一组，使喷丸工艺对连杆抗疲劳性能的提高达到最优。