汽车结构有限元分析 研究报告 姓名： 班级： 学号： 盐城工学院汽车工程学院
传动轴有限元分析研究报告 盐城工学院汽车工程学院车辆工程专业江苏，盐城226000 摘要： ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如,Alogor, I－DEAS,CAD等。ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。 本设计是基于 ANSYS软件来汽车曲柄连杆机构行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。 关键词：三维建模，曲柄连杆机构，有限元，ANSYS，动静态分析 引言 随着发动机强化指标的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证曲柄连杆机构中的主要部件曲轴具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为机构设计中的关键性问题[3]。由于在实际工况中曲轴承受活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用，受力情况极其复杂。采用传统的单纯有限元分析方法，很难完成对曲轴运行过程中动态变化边界条件的描述[4-5]。为了真实全面地了解曲轴在实际运行工况下的力学特性，本课题通过运用CAD软件建立曲柄连杆机构各组成零件的几何模型，确定机构的质量特性参数，通过有限元分析软件Hyperworks和MSC.Nastran的联合仿真，对曲轴和连杆进行自由模态分析，输出振型和频率，将生成的模态中性文件导入ADAMS/View中建立曲柄连杆机构的多柔体动力学模型，应用durability 模块仿真分析曲轴和连杆在爆发压力和惯性力作用下的疲劳应力，由此可以清楚地了解曲轴和连杆在工作过程中各部分的应力，应变，迅速找到危险部位，为机构的优化设计奠定基础。
本科毕业设计论文 题目 连杆工艺设计及有限元分析 专业名称机械设计及其自动化 学生姓名梁乐 指导教师李郁 毕业时间二零一四年六月
目录 摘要........................................................................................................................... - 3 - ABSTRACT .............................................................................................................. - 4 - 第一章绪论 ............................................................................................................ - 5 - 1.1课题研究的意义......................................................................................... - 5 - 1.2国内外现状................................................................................................. - 5 - 1.3论文的章节安排......................................................................................... - 6 - 第二章连杆零件的分析 ........................................................................................ - 7 - 2.1连杆的作用................................................................................................. - 7 - 2.2连杆的结构特点......................................................................................... - 7 - 2.3连杆的工艺分析......................................................................................... - 7 - 2.4连杆的材料和毛坯..................................................................................... - 9 - 第三章连杆零件的工艺编制 .............................................................................. - 10 - 3.1连杆机械加工工艺过程........................................................................... - 10 - 3.2连杆工艺过程的安排.................................................... 错误！未定义书签。 3.3连杆工艺设计存在的问题....................................................................... - 15 - 3.3.1工序安排.......................................................................................... - 15 - 3.3.2定位基准.......................................................................................... - 15 - 3.3.3夹具使用.......................................................................................... - 15 - 3.3.4切削用量的选择原则...................................................................... - 15 - 3.4连杆机械加工工序卡片........................................................................... - 11 - 第四章连杆受载荷情况下的有限元分析 ..................... 错误！未定义书签。 4.1 连杆的有限元分析过程和结果................................... 错误！未定义书签。第五章总结与展望 ............................................................................................ - 16 - 5.1 论文总结.................................................................................................. - 26 - 致谢..................................................................................................................... - 27 - 参考文献................................................................................................................. - 28 - 毕业设计小结......................................................................................................... - 29 -
目录 摘要 ............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract (2) 第一章分析方法和研究对象 ........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述....................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法........................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)
[摘要] 本文针对将S195型柴油机的涡流室燃烧室改为直喷式燃烧室,对活塞的结构进行了改进设计。对改进后的发动机进行了热力计算和动力计算，将计算所求得的最高爆发压力和对应的加速度所产生的惯性力作为活塞最危险工作情况，利用有限元分析软件ANSYS对其进行机械应力分析，得出活塞应力云图和变形云图，根据分析结果，活塞的最大应力和最大位移并没有超出允许范围,本设计满足了改进后发动机的实际工况。 [关键词] 活塞；ANSYS；内燃机
The Design of Piston in S195 Diesel Engine Based on Finite Element Method Abstract To satify the new condition of swirl chamber being changed into direct injection combustion chamber and improve the fuel economy , the structure of piston in S195 Diesel Engine was redesigned. The thermodynamic and power calculation were done .The combustion chanber and piston ring etc were changed to adjust to the direct injection diesel engine. The maximum outbreak pressure obtained by calculation and the inertial force generated by the corresponding piston acceleration were recognized as the most dangerous working conditions, using ANSYS finite element analysis software for mechanical stress analysis , the piston stress and deformation cloud were obtained . According to the result of the analysis,the maximum stress and maximum displacement of the piston does not exceed the permissible range, the design can meet the actual engine operating conditions. Key words Piston ; ANSYS ; Internal Combustion Engine .
柴油机活塞设计计算与分析 来源：作者：时间：2010-05-17 [ 摘要 ] 应用ANSYS软件对柴油机重要部件—活塞原结构及其改进后的方案进行三维有限元分析。首先，对活塞进行热分析，得到它的温度场分布情况，并在此基础上计算其不同工况下的综合应力场. 分析结果表明：新方案活塞的强度、刚度以及可靠性均优于原结构。 [ 关键词 ]柴油机；活塞；有限元分析；温度场 Comparative Analysis on New and Old Piston of 16V280ZJH Di esel . [ Abstract ] By using software ANSYS，three-dimensional FEA is a pplied to the piston，an important parts of diesel，when it is in its original form and its modified structure. Fi rst of all，the thermal analysis is presented and the tem perature distribution of the piston is obtained. Based o n this condition，the integrative stress field is compute d in various working performanc e o f the piston. The resu lts of this analysis indicate that the strength，rigidity and reliability of the new structure of the piston are b etter than its original form. [ Keyword ] Diesel；Piston；FEA； temperature field 1前言 活塞是柴油机的主要受热零件，工作时，处于高温、高压、高负荷的恶劣环境下，经受周期性交变的机械负荷和热负荷的作用，容易发生故障。因此，活塞的结构是否合理，热负荷分布是否均匀，强度和刚度是否满足设计要求，一直是设计人员在柴油机研发和改进中十分关注的热点问题。 我厂16V280ZJH型大功率柴油机原活塞，在运用中暴露出可靠性严重不足的缺陷。为提高活塞的可靠性，保证柴油机整机的使用寿命，我厂针对出现的问题，对活塞原进行改进，开发出了新结构的柴油机活塞。为验证改进后的效果，并为活塞的进一步改进和优化提供依据，我们应用大型分析软件
基于Proe的活塞有限元分析实例 目录 一、力边界下活塞的有限元分析 (1) 1.指定材料：点击材料分配工具，在弹出的对话框中点更多 (2) 2.约束确定 (4) 3.载荷施加 (5) 4.新建静力分析 (8) 5.结果查看及分析 (9) 二、热分析 (12) 1.概述 (12) 2.添加热边界条件 (14) 3.新建热分析 (16) 4.结果查看及分析 (17) 三、热力耦合 (20) 1.热载荷施加 (20) 2.静态分析 (21) 3.结果查看 (23) 四、敏感度分析 (25) 1.增加设计参数 (25) 2.定义敏感度分析 (27) 3.结果分析 (28) 4.温度敏感度分析 (30) 五、优化分析 (31) 1.新建优化设计 (31) 六、压力分析结果 (33) 七、热分析结果 (36) 八、敏感度分析结果 (38) 九、优化设计结果 (39) 一、力边界下活塞的有限元分析 建好模型后，进入分析模块
1.指定材料：点击材料分配工具，在弹出的对话框中点更多 弹出对话框中选择新建 对话框中输入如下ZL109材料的参数，并切换到热标签，输入参数
确定后返回到
材料出选择ZL109，点击确定将材料分配给活塞，因为文档中只有一个零件，所以自动分配好。 2.约束确定 选择位移约束工具，曲面选择销座圆孔面，将其三个平移自由度和三个旋转自由度设置为固定
3.载荷施加 柴油机活塞的顶部与环岸燃气爆发压力一般简化为均匀分布在其表面,所示，而且一般情况下施加于活塞的第一环槽底部的压力为气体压力的76%，而施加到第一环岸和第二道环槽上面及下面的压力为气体残压的25%，到第二道环槽底时只剩下20%的气体残压施加到其上，由于燃气不断膨胀，压力越来越小，能到达第二环槽以下的残余燃气压力变得特别的小，基本可以忽略不计。 选取最大爆发压力工况作为计算工况，所受载荷有最大爆发压力、活塞往复惯性力和活塞销座分布力的作用。按照前述计算，并选择面施加气压
连杆的有限元分析及优化 姓名：周锋 学号: 1151684
目录 目录 (2) 1.优化设计基础 (3) 1.1优化设计概述 (3) 1.2优化设计作用 (3) 1.3优化设计流程 (3) 2.问题描述 (4) 3.问题分析 (4) 4.结构静力学分析 (5) 4.1创建有限元模型 (5) 4.2创建仿真模型并修改理想化模型 (6) 4.3定义约束及载荷 (6) 4.4求解 (7) 5.结构优化分析 (8) 5.1建立优化解算方案 (8) 5.2优化求解及其结果查看 (9) 6.结果分析 (11) 7.案例小结 (11)
1. 优化设计基础 1.1 优化设计概述 优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。 如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。 因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。 1.2 优化设计作用 以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下：1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。 2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。 3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。 4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。 5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。 1.3 优化设计流程 不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收敛，如果是的话，即结束操作；若不是，再进行灵敏度分析、优化求解、优化结果、更新设计变量，重复结构分析。
毕业设计论文题目：连杆机构的有限元分析 专业：机械设计制造及其自动化学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2014 年 5 月 25 日
目录 摘要............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract .. (2) 第一章分析方法和研究对象........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述 ...................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法 .......................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)
基于ANSYS的汽车发动机连杆性能有限元分析 发表时间：2018-12-17T17:02:30.213Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：李昊陈清奎陈卫清王瑗魏鑫鑫 [导读] 摘要：连杆是汽车发动机的重要构件和主要运动件，功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 山东建筑大学山东济南 250101 摘要：连杆是汽车发动机的重要构件和主要运动件，功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆工作过程中承受装配载荷和交变载荷的作用还有气缸内气体压力，惯性力、轴承摩擦和磨损等。所以要求连杆具有足够的抗疲劳强度、抗冲击，足够的强度和刚度。构件图如下图1.1所示。通过有限元分析结果可知连杆存在的问题及结构的薄弱环节，为连杆优化设计、结构改进和表面热处理提供理论依据。 关键词：汽车连杆；有限元分析；优化设计； 1、连杆有限元分析的理论基础 图1.1 汽车发动机连杆 1.1静力学分析理论 当连杆加载和约束时，利用平衡条件和边界条件将各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体的有限元方程： {K}{q}={f} 式中｛K｝—整体结构的刚度矩阵；｛q｝—节点位移列阵；｛f｝—载荷列阵. 解该有限元方程就可以得到最后分析时所需的各单元应力及变形值。 1.2模态分析理论 模态分析研究系统是在无阻尼自由振动情况下系统的自由振动，用于确定结构的振动特性，是谐响应分析的基础，固有频率和主振型是振动系统的自然属性。系统的运动微分方程可表示为：[M]｛X(t)｝+[K]{x(t)}=0 弹性体的自由振动可分解为一系列简谐振动的叠加，因此,解可设为： X(t)=φcosω（t-t0） 式中：ω为简谐振动的频率；t为时间变量；t0为由初始条件确定的时间常数。代入得到特征值和特征向量分别对应系统的固有频率和主振型。 2、基本分析过程 2.1模型绘制并导入： 利用solid works进行构件的仿真设计，画出连杆的模型。并将得到的模型导入至ANSYS软件中，如图3.1所示： 图3.1 导入至ANSYS软件的连杆模型 2.2主要材料属性定义： 如图所示连杆结构，连杆厚度1.5cm，过渡圆角0.25cm，材料属性为弹性模量E=3.0e7（Mpa）,泊松比0.3，材料为40Cr,密度 ρ=7800kg/m3； 具体步骤如下： 选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令。 在弹出的Element Type窗口中单击Add，弹出Library of Element Types窗口，选择单元类型SOLID285，单击OK。然后关闭Element Type 窗口。如图3.2所示。 再选择Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models命令，弹出Define Material Model Behavior窗口，选择Structural> Linear> Elastic> Orthotropic，弹出Linear Orthotropic Properties for 窗口，泊松比0.3，如图3.3所示，单击OK。 回到Define Material Model Behavior窗口，然后选择Structural>Density，弹出Density for Material Number 1窗口，输入材料密度7800，并单击OK，关闭Define Material Model Behavior窗口，如图3.4所示。完成单元及材料属性的定义。
分类号 密级 毕业设计(论文) 连杆的设计和有限元分析 所在学院机械与电气工程学院 专业机械设计制造及其自动化班级11机自x班 姓名 学号 指导老师 2015年 3 月31 日
摘要 连杆组由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。 关键词：连杆，强度
Abstract The link group comprises a connecting rod, the connecting rod cover, connecting rod bushing, connecting rod bearing and rod bolts (or screws). The connecting rod group under gas force piston pin came and its swing and piston reciprocating inertia forces, the magnitude and direction of these forces are cyclical changes. The connecting rod by compression, stretching and alternating load. The connecting rod must have enough fatigue strength and structural stiffness. The fatigue strength is insufficient, often caused by fracture of connecting rod or the connecting rod bolt, resulting in destruction of the major accident. If the lack of rigidity, it will cause deformation of round rod bending deformation and the connecting rod, piston, cylinder, cause partial grinding bearing and crank pin. Key Words: rice thresher threshing; improved design;
目录 前言 (4) 第一章绪论 (5) 1.1柴油机连杆研究的意义及本文主要工作 (5) 1.2国内外研究现状及存在的问题 (5) 1.3本文主要工作 (5) 第二章连杆的结构特点及基本设计 (6) 2.1连杆的结构特点分析 (6) 2.1.1 连杆的运动分析 (6) 2.1.2 连杆的受力分析 (6) 2.1.3 连杆的结构分析 (6) 2.2连杆的工作条件和设计要点 (7) 2.3连杆基本尺寸的确定 (8) 2.3.1连杆小头 (9) 2.3.2连杆杆身 (9) 2.3.3 连杆大头 (10) 2.4过渡区 (11) 第三章柴油机连杆三维模型的建立 (11) 3.1建立连杆大小头及杆身 (11) 3.2建立连杆端盖 (19) 3.3建立连杆螺栓 (20) 3.4装配工作部件 (23) 3.5装配质量分析 (24) 第四章柴油机连杆的有限元分析及强度校核 (25) 4.1连杆几何模型的建立 (25) 4.1.1 连杆的材料性能及特点 (25) 4.1.2 几何模型的建立 (25)
4.1.3 网格的划分 (26) 4.2计算工况的选择和计算条件的处理 (27) 4.2.1 连杆载荷 (27) 4.2.2 连杆载荷的计算 (28) 4.2.3 连杆边界条件的处理 (30) 4.2.4约束条件 (32) 4.3连杆应力分析 (32) 4.4连杆安全系数计算 (34) 结束语 (35) 参考文献 (35) 致谢 (36)
柴油机连杆的三维建模及有限元分析 摘要：连杆是内燃机的关键零部件之一，连杆的结构和所处的工作环境十分复杂，在工作状态下受到气缸内燃气压力、活塞连杆组的往复运动惯性力、连杆高速摆动时所产生的横向惯性力等周期性载荷作用，产生机械应力和机械变形，从而导致疲劳破坏。因此，对连杆在机械负荷作用下的变形、应力进行有限元分析，了解连杆的变形和应力分布情况，对改进连杆设计，提高其工作可靠性具有重要意义。 本文对连杆在机械负荷作用下的应力和变形进行了研究。首先，根据设计要求及连杆受力结构分析，确定了连杆的基本设计尺寸。其次，利用三维制图软件建立了内燃机连杆的几何模型，在三维有限元分析软件中转换成有限元模型。完成了连杆在机械载荷作用下的应力与变形分析。结果表明：杆身受力很小，导致大端被压变形较大，这说明杆身的尺寸过大，强度太高导致。因此，本文的研究结果将为连杆改进设计提供参考。 关键词：连杆，有限元，机械载荷，疲劳强度 Abstract: The rod is one of the key parts of the internal-combustion engine, the structure of rod and its working environment are very complicated. In working condition, various load, such as in-cylinder gas pressure, group of piston connecting rod reciprocating inertial force, connecting rods of high-speed swing when horizontal inertia forces, act on the rod and produce mechanical stress and deformation, as a result of causing fatigue failure. So the analysis of deformation and stress caused by mechanical load is important for improved design of rod structure. The purpose of this thesis is to study the stress and deformation of rod under influence of the mechanical load. First, the size of the basic design of the connecting rod is determined according to design requirements and the connecting rod force structure analysis. Secondly, the rod geometry model is established by using 3D graphics software, which can be transformed into finite element analysis model in 3D finite element software. The stress and deformation of rod under the action of the mechanical loads are analyzed. Results show that: a small pole sustained force, resulting in large end is pressed with a large deformation, which shows the size of the shaft is too large, high intensity led. The results of this research could provide foundation for improving the design of rod． Key words：connecting rod，FEM，mechanical load，Fatigue strength