曲轴轴系是发动机的主要组件之一，其动力学特性对发动机的工作可靠性、振动、噪声等有较大影响。其受周期性变化的气缸压力和惯性力的共同作用，并对外输出转矩，工作负荷非常大，容易发生断裂等破坏，因此有必要对曲轴进行强度、模态和疲劳寿命等校核。
      虽然目前很多疲劳可靠性估算模型己经很成熟，并有效地应用于很多领域，但对于柴油机关键零部件，如曲轴、活塞、连杆以及活塞销等，在随机疲劳行为模型及可靠性估算模型的理论研究和应用方面还是有欠缺的。例如文献在实测应力累积频数分布图时忽略应力的先后次序对疲劳的影响。文献出基于联合仿真的疲劳寿命预测方法预测部件的疲劳寿命，其研究对象为单缸，而实际应用中多缸发动机较多，实际情况复杂，这样确定危险工况存在一定的误差。文献针对某单缸发动机曲轴断裂问题，通过材料的改变计算最大载荷工况下的变形和应力，但是在进行强度有限元分析之前没有考虑动力学特性的影响。
      以某台四冲程V型八缸发动机曲轴轴系为研究对象，建立动力学仿真分析模型，其中曲轴作为柔性体处理，应用有限元分析软件Ansys对其进行模态分析，生成MNF(modal neutral file)，利用ADAMS(auto-matic dynamic analysis of mechanical systems)View模块，将柔性体模态变形融入到多体系统的动力学仿真中。通过Ansys分析找出曲轴、连杆等工作时的危险部位，将应力值取出分别用Miner方法和Certon-Dolan方法估算疲劳寿命，比较二者的优劣，为零部件的主动寿命设计和保证实际应用的安全性提供依据。
      首先采用三维实体建模软件UG(unigraphics)完成柴油机曲轴轴系各零件的实体建模。该四冲程八缸V型柴油机曲轴轴系由曲轴、连杆、活塞、活塞销、飞轮、轴瓦、衬套、机架、平衡块等组成。由气缸内气体爆发压力通过活塞、连杆驱动曲轴。根据图纸尺寸和装配要求，建立的柴油机曲轴轴系总体装配体如图所示。
      将在UG中建好的曲轴三维实体模型导入到Ansys中，进行几何模型的离散化、材料特性定义等有限元模型处理和计算分析。柔性体曲轴由Ansys通过模态计算导出曲轴的模态中性文件MNF，曲轴的模态中性文件MNF包含20 000 Hz以内的152个自由模态，在ADAMS View中读入生成的曲轴模态中性文件MNF，创建曲轴柔性体模型。
      发动机曲轴轴系的基本作用力有三个，一是气缸内的气体爆发压力，这是主动力；二是由于曲轴轴系运动产生的惯性力；三是曲轴轴系运行时的约束力和摩擦力。模型中各构件的几何位置参数、质量参数通过UG实体模型直接传入到ADAMS中，由ADAMS自动计算出。活塞(1～8)上作用的各缸气体爆发压力特性根据已知参数计算数据，并使用ADAMS建立气体压力样条曲线。在具体施加缸内气体爆发压力边界条件时，应根据多缸发动机的发火顺序调整各活塞表面的气体爆发压力相位。调整爆发压力和控制曲轴转速后，生成曲轴轴系刚柔耦合多体动力学模型，并以此为基础分析曲轴在柔体动力学计算中的机械响应特性。在生成曲轴轴系柔性多体动力学模型过程中，需要注意下面两个问题：
      (1)将模态中性文件输入ADAMS View后，ADAMS View会将其原点放在整体惯性坐标系的原点上，并且与模型中其他零件没有任何关系。运用ADAMS View提供的运动副约束或柔性连接可将它与其他零件连接起来。
      (2)在ADAMS View中输入柔性体后，可以在其上施加作用力，因为柔性曲轴是被动(被加载)物体，可以通过在柔性体上附加一个无质量连接物体，将作用力加在该无质量连接物体上。
      在此多体动力学仿真模型基础上，通过ADAMS对曲轴轴系进行转速1 500 r min时的动力学仿真预测分析，可以获得一系列的位移、速度、加速度和力、力矩的数据曲线。如图2为连杆大、小头的受力曲线，从图中可以发现，气缸气体燃烧压力在一个周期内变化时，连杆大头受力大于小头受力，此可为后面进行连杆疲劳寿命估算提供载荷。

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