球墨铸铁具有高强度、高韧性、减振性能好等特点,现已被广泛应用于铁道装备、汽车、重型机械等领域;以铸代锻,以铁代钢能节省生产成本,满足汽车零部件轻量化需求。虚拟样机仿真和有限元仿真技术应用于产品设计研发能减少试验费用、压缩产品研发周期。本文在曲轴结构设计阶段联合使用虚拟样机仿真、有限元仿真分析技术,以仿真代替试验加速产品研发并确保曲轴结构设计的合理性,开发高性能球铁取代传统锻造钢制曲轴,节约成本并实现轻量化设计目标。本课题以C10T三缸发动机曲轴为研究对象,首先对其进行静强度有限元分析提出曲轴所用材质性能目标,再进行铸造工艺设计优化、材料成分优化及球墨铸铁热处理工艺研究,开发了高性能球墨铸铁。联合ADAMS虚拟样机动力学仿真和ABAQUS有限元仿真分析,结果显示:发动机第1,2,3各气缸点火压缩时曲轴承受应力最大,最大von mises应力值分别为100.9MPa,117.3MPa,98.21MPa;强度分析校核结果表明曲轴静强度和疲劳强度均满足设计要求。基于Anycasting对曲轴铸造充型与凝固过程流场与温度场模拟分析,研究发现轴颈处存在热节易产生缩孔缩松,通过加间接冷铁的方式能消除热节和缩孔缺陷,提高铸件质量和合格率;通过调整合金元素Cu、Mn添加量开发了高性能球墨铸铁,Cu、Mn添加量为0.85%~1.15%、0.2%~0.45%时,球墨铸铁抗拉强度820~930MPa,延伸率达4%以上,达到了QT820-3的性能要求,满足了曲轴力学性能要求。