柴油机是一种内燃机，它使用柴油作为燃料进行燃烧，将化学能转化为机械能。柴油机的工作原理是通过压缩空气使柴油在高温高压下自燃，产生爆炸力推动活塞运动，从而实现能量转换。

柴油机的主要组成部分包括气缸、活塞、曲轴、连杆、燃油喷射系统、进气系统、排气系统和冷却系统等。其工作过程大致分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。

除此以外，还有一个重要的零件容易被大家所忽略，那就是柴油机后吊耳。柴油机后吊耳是指柴油机的后部上方装有的吊耳或吊环，用于安装和悬挂柴油机的设备或进行维修和保养。通过柴油机后吊耳，可以使用起重设备（如起重机或吊车）将柴油机安装到适当的位置，或者在需要时将其卸下。柴油机后吊耳也可以用于固定柴油机的支撑结构，以确保其稳定和安全。

下面我们应用 Abaqus 软件，模拟某柴油机后吊耳在承受发动机和变速箱重量的强度情况，分析判断该吊耳结构设计是否合理。

在通常的有限元分析中，绝大多数采用线性方法分析，但是这种情况在出现接触的时候局部会产生较大的偏差，在本计算中，采用接触非线性的算法进行计算。

后吊耳有限元分析过程

建立有限元模型

本计算针对后吊耳进行强度分析，计算模型包括：前吊耳、后吊耳、螺栓 2 颗以及缸盖部分。变速箱重 90KG左右（包括润滑油），发动机的质量 300kg，发动机及变速箱重量采用在其质心位置创建 MPC，在吊链交点施加等效力模拟，吊链采用 Truss 单元模拟。模型利用 Hypermesh 软件划分网格，在 Abaqus/CAE 软件里面施加边界条件，由 Abaqus 求解器进行求解，网格单元为 C3D10M。

表 1 计算模型单元数和节点数

图 1 后吊耳等网格模型

表 2 分析中各零件的材料特性

边界条件

所有螺栓头部与被紧固件的接触面、所有螺栓螺纹与接触的螺纹孔用 Tie 连接，吊耳与气缸体部分全部用Slide 连接，在 Slide 接触中，钢与铸铁的磨擦系数值取 0.3，钢与钢的摩擦系数取 0.15，即吊耳与缸盖之间的摩擦系数取 0.3，螺栓与吊耳之间的摩擦系数取 0.15。 两边吊链取一个夹角为直角进行计算。

计算坐标系 X 坐标用从发动机变速箱重心指向吊链交点来定义，即重力反方向，前后吊勾对前后吊耳作用点、与发动机变速箱重心以及吊点在同一平面内，发动机变速箱重心点全约束，与前后气缸体中间面用 MPC 连接。用一垫块模拟吊钩，用 tie 与后吊耳接触，如图 2 所示：

图 2 有限元全模型

M10 的螺栓预紧力 27500N，发动机变速箱实测净重 390kg，加上油、水再适当的取大点安全系数，本计算取450kg。在吊链交点处加一作用力 F=4500N 代替，方向为重心指向吊链交点，通过定义坐标。

模型计算结果

Q235 钢材料的屈服强度 >235MPa，抗拉强度 375～500MPa。计算得到原模型后吊耳的应力云图分别见图 3～4。

图3后吊耳等效应力云图 图4 后吊耳拉应力云图

通过应力云图可以很直观的得到原模型后吊耳的应力分布情况，最大等效应力和最大拉应力点都发生在如图所示的弯角处，过滤掉虚应力后，可以看到后吊耳最大等效应力约为 215.4MPa，小于 Q235 材料的屈服值（235MPa），最大拉应力约 209.1MPa，小于 Q235 材料的抗拉值（370～500MPa），因此该吊耳是安全的。

后吊耳的最大等效应力（215.4 MPa） 和最大拉应力 209.1MPa 均低于该材料的许可应力，因此，该吊耳（在吊链夹角为 90 度的情况下）是安全的。