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基于有限元的柴油发动机缸体结构分析与优化王中长【摘要】柴油发动机必须具有较大的输出来保持良好的流动性.通过建立重型货车柴油机的三维有限元模型并设置蠕墨铸铁的材料特性进行应力分析,所选有限元模型由四个半挑选出来的重型柴油机气缸体截面组成.此重型柴油机研究的部分包括缸体、缸盖、垫片、衬套、轴承盖、轴承和螺栓,加载条件为预加载、装配负荷和燃气载荷.通过对柴油机缸体结构进行拓扑优化分析得到的优化结果,可作为设计缸体结构的参考依据.【期刊名称】《滨州学院学报》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】4页(P83-86)【关键词】柴油机;缸体;结构分析;拓扑优化【作者】王中长【作者单位】滨州学院机电工程学院,山东滨州 256603【正文语种】中文【中图分类】TH164重型货车柴油发动机必须有大的输出才能保持良好的流动性，因为高峰值燃烧压力能够提供更有效的燃烧、提高发动机的性能和减少排放，所以现在重型柴油发动机正在向增加峰值压力发展。
但增大压力会导致较大的应力和位移，因此在设计阶段就需要注意发动机运转条件下的极限情况[1-2]。
目前蠕墨铸铁是正在研究的一种符合柴油发动机的高扭矩、耐久性、刚度、疲劳要求的材料，与铁相比，蠕墨铸铁已经增加75%的耐久性和40%的硬度。
在本文的研究中，通过建立一个重型柴油机的三维有限元模型来进行应力分析，同时赋予蠕墨铸铁的材料属性。
发动机的载荷条件是预安装、装配负荷和操作燃气载荷，当发动机运转时，循环燃气载荷是由连杆在缸体和轴承盖来回的运动引起的，在加载条件下对模型的应力分布进行了研究。
图1所示为利用CATIA三维建模软件构建的一个重型货车V型十二缸柴油发动机缸体的几何模型。
这个柴油发动机的有限元模型包括缸体、缸盖、垫片、衬套、轴承和轴承盖。
图2所示为此型号柴油发动机缸体的结构图。
图3所示为此发动机主要分析结构的几何模型，其中a是缸体、b是缸盖、c是轴承盖。
表1显示了用于发动机应力分析的材料特性。
EH42型柴油机机体有限元静力分析摘要：本文研究对象是EH42型单缸柴油机的机体，首先利用Solidwork软件建立该型柴油机机体的实体模型；在Hypermeh软件中，导入机体实体模型进行手动网格划分，并对网格优化，提高划分质量，建立了机体的有限元模型；最后，将机体的有限元模型导入ANSYS软件中，施加了机体在最大爆发压力工况下所受的载荷与约束，得出了机体在该工况下最大应力值、应变值及其分布状况。
分析结果达到了对机体强度校核的目的，验证了该型柴油机机体结构的设计是安全的。
机体是柴油机中结构、最复杂、最重要的零部件之一。
机体的受力非常复杂，它承受着柴油机工作时气缸内的气体压力和活塞往复惯性力等动载荷，也承受紧固其他零部件的螺栓产生的预紧力，在设计柴油机机体时，必须使其具有足够的刚度和强度。
因此，对机体进行有限元静力分析，保证机体设计和结构优化的可靠性，是当前整个柴油机设计过程中必不可少的重要环节。
本文以EH42型柴油机的机体为研究对象，用有限元分析对其机体进行静力分析。
分析的结果较为真实的反映了柴油机机体的应力、应变，为柴油机的设计、结构优化提供了相關的计算依据，其部分参数如表1所示。
1.机体的有限元模型1.1机体实体模型的建立本文根据EH42型柴油机的机体图纸尺寸，用Solidwork软件建立了三维实体模型，主要建模思路是：首先绘制机体的整体轮廓，EH42型柴油机机体的整体尺寸为长629mm，宽199mm，高370mm；接着在创建机体内腔、主轴承孔及其凸台、齿轮室等；再对机体气缸体部分创建的同时需要完成气缸孔、冷却水道、气缸体外形轮廓及安装凸台的创建；最后再创建机体各个面上的螺纹孔和直孔。
在建立机体实体模型时，对机体进行了简化：（1）忽略一些如凸台、油道、水道、销孔局部性细小结构；（2）对螺栓、螺纹孔进行简化处理。
经过以上简化处理后机体的实体模型见图1、图2。
1.2机体有限元模型的建立有限元网格的好坏直接关系到计算和分析的准确度，本文用HyperMeh软件建立机体的有限元网格模型。
内燃机机体有限元模态分析杜发荣，姬芬竹，刘德海（河南科技大学，河南洛阳４７１０３９）关键词：内燃机；机体振动；模态分析；有限元法摘 要：以某卧式单缸柴油机为例，利用美国ＳＤＲＣ公司的Ｉ－Ｄｅａｓ软件的模态分析功能，在建立底部被约束的机体三维实体模型的基础上，对机体结构进行了约束模态的有限元分析。
得到了机体结构的前１０阶固有频率及相应振型，从中可看出机体各部分振动的大小，据此对机体结构提出了一些合理改进建议。
中图分类号：ＴＫ４２３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４３５７（２００３）０３－００４０－０３结构与减磨《柴油机・Diesel Engine 》2003年第3期－４０－１ 引 言 从噪声和振动的角度来看，内燃机是一个高度复杂的振动系统。
内燃机机体是发动机所有部件的安装基体，其振型对发动机性能影响尤为显著。
在一定激励力作用下，结构表面振动速度的大小及分布规律，主要取决于结构本身的振动特性及阻尼大小。
另一方面，机械噪声是通过结构振动引起的空气振动而向外辐射的，发动机本体辐射出的噪声，大部分都是由发动机外表面振动产生的。
机体的表面积大，而且受到气缸内燃烧压力和惯性力的直接激励，所以抑制机体壁的振动对于降低发动机的噪声极为有效［１］。
利用现代设计理论和方法，在产品设计阶段对内燃机机体进行模态分析，以达到控制内燃机机体的振动、降低噪声已成为内燃机理论的一个重要发展方向。
从２０世纪８０年代起至今，为了达到使内燃机减振、降噪、轻量化和高效率的目的，国内外许多研究人员在内燃机机体动力学分析与研究方面已经做了大量的工作。
但以往的研究工作大多是将机体简化为板－梁组合结构，而较少采用实体模型。
随着计算机和数据处理技术的发展，对内燃机机体实The Model Analysis of Engine Block Using Finite Element MethodDU Fa-rong, JI Fen-zhu, LIU De-haiKeywords : Diesel engine, Block vibration, Model analysis, Finite element methodAbstract : The three dimensional model of a single cylinder diesel engine block with constraint at the bottom is established with the I-Deas software of American SDRC company, and the model analysis of the engine block is carried out using finite element method in the case of constrained model. The inherent frequencies and model shape of the first 10 order modes are obtained respectively. The results show the cases of vibration in every party, and some modifying suggestions to the block are also provided.收稿日期：２００２－１２－０９体模型进行模态分析成为可能。
车用柴油机气缸体强度的有限元分析发表时间：2009-11-17 刘云来源：万方数据关键字：气缸体有限元子模型疲劳分析信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本采用Pro／E和HyperMesh对改进后的某车用柴油机气缸体进行了三维实体建模和网格划分，基于ABAQUS分析平台计算了改进后的机体应力分布情况；同时结合凸轮轴孔子模型，采用Fatigue软件进行高周疲劳分析。
计算结果表明：改进后凸轮轴孔处的疲劳安全系数均大于1．1，满足疲劳强度设计要求。
引言机体作为安置气缸和曲柄连杆机构以及其它辅助机构的主体骨架构件，承受着极为复杂的载荷，其刚度、强度以及动态特性对发动机的动力性、经济性和可靠性有着很大的影响。
随着欧Ⅲ、欧Ⅳ柴油机的研制和生产，不断提高的爆发压力和强化指标，对柴油机机体的刚度、强度和动力特性都提出了更加严格的要求。
有限元法作为一种通用的数值分析方法，是目前研究机体类复杂结构受力最为可靠和有效的方法。
本文采用有限元子模型技术及ABAQUS软件中的非线性接触分析模块，对改进后的某车用柴油机气缸体进行有限元强度分析，结合疲劳分析软件MSC．Fatigue重点考察凸轮轴孔子模型的疲劳安全强度，对改进措施进行分析和评价。
1 有限元模型的建立图1 机体有限元模型采用Pro／E和HyperMesh对该车用柴油机前三缸气缸体、框架、主轴瓦、凸轮轴瓦、主轴承螺栓等进行三维实体建模和网格划分。
为了保证有限元计算的准确性，仅对计算精度影响较小的螺钉孔和销钉孔进行适当简化，划分网格后的机体有限元模型如图1所示。
为重点考察改进后凸轮轴孔处的强度，取凸轮轴孔部位建立计算子模型，以获得较为精确的结果。
有限元模型采用10节点四面体单元，各零部件的单元数目和节点数目如表1所示。
表1 机体计算模型中各零件的单元数与节点数2 载荷与边界条件由于重点考察主轴承力对机体尤其是凸轮轴孔的影响，故对机体顶面节点进行约束。
某八缸柴油机气缸盖温度场的有限元分析宋状;宋希庚【摘要】In this article, the thermal analysis of diesel engine cylinder head was studied. First of all, using Pro ENGINEER software, the three-dimensional model of diesel engine cylinder head was established. Then the model was put into ANSYS workbench to carry on the grid and set the boundary conditions. Finally, the temperature distribution of cylinder head was achieved, and information for improving cylinder head structure was provided.%对某八缸中速柴油机气缸盖温度场进行有限元分析。
首先，利用Pro ENGINEER软件，建立柴油机气缸盖的三维实体模型，然后将模型导入有限元软件ANSYS workbench进行网格划分和边界条件的设置，最后分析模拟气缸盖的温度分布情况，为结构的改进提供参考。
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】柴油机;气缸盖;有限元分析;温度场【作者】宋状;宋希庚【作者单位】116024 辽宁省大连市大连理工大学内燃机研究所;116024 辽宁省大连市大连理工大学内燃机研究所【正文语种】中文【中图分类】TK4210 引言近几年，随着计算机模拟技术的发展，有限元分析应用得越来越广泛，它可以有效地缩短研发周期、降低成本，为实验提供理论支持。
不同网格密度对柴油机前托架有限元模态分析的影响阎文兵;姜绍忠;陈越【摘要】Taking the front bracket of a diesel engine as an example,the entity's geometric model is constructed according to reasonable simplification of the design. Researchers were made on the effects of the FEM modal analysis results with different meshing densities. The result provides reference for the choice of element in further engine modal analysis.%以某柴油机前托架为研究对象,依据设计图纸合理简化、建立了前托架的实体模型,比较了不同网格划分精度对有限元模态分析结果的影响,得出的结论为后续整机模态计算时单元类型及尺寸的选择提供了参考依据.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P72-74)【关键词】柴油机;前托架;模态分析;有限元【作者】阎文兵;姜绍忠;陈越【作者单位】天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TK421.60 引言柴油机前托架是柴油机中固有频率较高的罩壳类零件,罩壳类零件表面辐射噪声比较剧烈,柴油机在工作时的振动会传给罩壳类零件,使其振动加剧。
为了对发动机整机的振动、噪声进行分析预测和振-声控制,需要在柴油机试制之前,对柴油机的罩壳类零件进行模态计算分析,得到其固有频率和模态振型。
基于有限元法的单缸柴油机气缸缸套变形分析摘要：为解决X170F柴油机整机比质量差的问题，应用HyperWorks建立柴油机的有限元模型并分析。
提出缸套评价指标，并采集缸套变形数据。
对机体进行了结构改进，结论证明更换材料的方案可行有效。
关键词：整机比质量；气缸套变形；有限元分析0引言某柴油机比质量较差，因此本文对其进行改进设计。
总的改进优化指导原则：在保证柴油机强度刚度的情况下，使其整机比质量尽量小。
1建立有限元模型计算条件及方案：进行有限元分析前，针对性的提出了以下方案如表1所列。
（1）边界条件的确定。
曲轴箱底支座孔处约束X、Y、Z平动自由度。
（2）力的施加。
气缸内有燃气压力。
活塞侧压力沿周向120°余弦施加，在轴向沿着抛物线分布[4，5]。
2更换机体材料第二代单缸柴油机整机比质量限值11.5kg/kw（3000r/min）。
该柴油机排量0.289L，12小时输出功率为3.676kW/3000r/min。
根据上述要求计算得到其重量限值42.27kg，本文所研究的柴油机重47kg，存在5kg的超重量。
应用铝合金材料替代铸铁合金，可以使曲轴箱质量有效减重6～7kg。
这两种材料的许用抗拉强度相差不大。
但铸铝合金的弹性模量、硬度和高温强度不及铸铁。
因此，对于改进后的设计方案主要围绕机体和气缸套的刚度进行。
3评价指标考虑到原机能正常，由此类推可知：若能保证改进后的变形小于改进前或与改进前保持同一水平，则新发动机亦能正常工作[6]。
以缸套内孔同轴度和圆柱度作为算例。
3.1气缸套内孔的评价指标3.1.1数据的采集3.1.2评价指标说明找出43个已变形截面形心，并将找到的形心沿上述当量轴线方向投影，以使其在同一基准平面。
把上述形心用一最小圆包络，这一最小圆的直径值即主轴承孔同轴度。
按上述方法画出含所有投影点的最小外切圆与最大内切圆。
主轴承孔的圆柱度即两圆半径差值。
3.2气缸套内孔的整体变形如图1所示：方案6中气缸套内孔在工作工况下的变形趋势相同。
1.分析目的对新开发的缸头进行校核分析，检查其模态、热变形、刚度是否满足要求。
2.模态的计算缸头网格大小3mm，其材料弹性模量E=7.2e4MPa、泊松比0.3、密度ρ=2.7e-9T/mm3 ，考察1-12000Hz频率内缸头的自由模态。
模型如下：计算结果如下：前三阶计算结果：第一阶1694Hz 第二阶2432Hz第三阶2604Hz 凸轮轴第一阶4946Hz由上图可知缸头的第一阶模态频率1694Hz，而凸轮轴第一阶模态频率4946Hz 两者相错开；而且缸头前三阶的振型接线位置基本都在凸轮轴支架上。
模态分析满足要求。
模态频率分布第一阶频率分布与链轮的频率错开）缸头第一阶1694HZ，凸轮第一阶4946Hz合格缸头的前3阶阵型的节线位置尽量放置在凸轮轴支架上缸头前三阶基本在凸轮轴支架上合格3.缸头螺栓预紧力状态下缸头的不均匀度校核3.1 螺栓预紧力校核约束缸头底面3个方向的自由度，每个螺栓施加螺栓预紧力34500N。
链条腔侧螺栓预紧力为12000N。
3.1.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.59-0.10=0.49S 0.61-0.19=0.42S排气链前0.58-0.06=0.52S 0.62-0.16=0.46S 3.1.2密封性计算结果由计算结果可知链条腔侧的最小面压为8Mpa。
燃烧室周围最小面压为18.3Mpa参考标准计算值结论链条腔>1Mpa 7.3 合格燃烧室>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格3.2 750螺栓预紧力校核3.2.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.36-0.12=0.24S 0.37-0.12=0.25S排气链前0.32-0.04=0.28S 0.34-0.02=0.32S缸头螺栓预紧力作用下各项指标计算结果考察考察内容参考指标计算值结论项目188M Q螺栓预紧力作用下缸头的刚度凸轮轴轴承座的径向静变形<=3S / / 座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.49S 不合格进气座圈0.42S 不合格链条腔侧排气座圈0.52S 不合格排气座圈0.46S 不合格燃烧室周围面压>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格链条腔侧面压>1Mpa 7.3 合格同一摇臂轴两端的竖直方向变形差<2S//750螺栓预紧力作用下刚度座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.24S合格进气座圈0.25S合格链条腔侧排气座圈0.28S合格排气座圈0.32S合格4.燃烧室刚度分析4.1 燃烧室刚度分析在燃烧室施加燃气爆发缸压，约束缸头底面和上端螺柱孔3个方向自由度，考察座圈的轴向变形量。
不同网格密度的柴油机气缸体有限元模态分析邓晓龙 赵新泽(三峡大学机械与材料学院 宜昌 443002)摘要:建立了YC6108柴油机气缸体的实体模型,并进行了有限元模态分析。
重点比较了在不同网格划分精度下,有限元模态分析的结果。
研究表明,对于柴油机气缸体这类薄壁铸造的复杂构件,进行有限元模态分析,需要采用很细的网格划分,才能保证较精确的结果。
关键词:柴油机 气缸体 模态分析 有限元FEM Ana l y si s f or D i e sel Engi n e Cy linder B l o ck w it hD iff erentMeshi n g Densiti e sD eng X iaolong,Zhao X inze(College o fM echan ica l and M ater i a l Eng i neer i ng,T hree G orges U niversity,Y ichang443002,Chi na)Abstr ac:t A entity m ode l for the cy linder b l ock o fYC6108diese l eng i ne has been constructed and t he m oda l analysis been i m p le m ented.T his research f ocuses on co m paring a ll the modal ana l y si s resu lts w ith d ifferent m eshing densiti es.T he comparison i nd ica tes t hat the appropriate results can be obta i ned only when w ith fi ne enough m esh i ng i n F i nite E l em ent moda l analysis,as t he cy li nde r b l ock is a comp l ex and t h i n cast parts.Key wor ds:D iese l eng ine,Cy linder b l ock,M oda l ana l ys i s,FE M气缸体是内燃机中结构最复杂且体积最大的零件,其刚度与强度以及动态特性直接影响着内燃机的工作性能和寿命,气缸体表面的辐射噪声与气缸体表面振动速度直接相关。
随着有限元计算建模理论、技术及分析软件的发展,对气缸体进行有限元建模及有限元模态分析的研究不断深入。
从最初的大量采用板单元或板、梁、简单实体元的组合方式[1],发展到目前广泛采用的三维实体六面体[2]、四面体单元[3];单元个数从很粗糙的以百计[4]发展到较为精细的数以10万计[5];分析的对象从单缸、3缸[6]、4缸[7]扩展到12缸[8]。
有限元分析的精度不断提高,为气缸体的动力学分析、虚拟设计打下了坚实的基础。
对内燃机气缸体这样复杂的铸造薄壁构件进行有限元模态分析,目前主要存在两个主要问题:一是实体模型的简化。
过度的简化,则有损分析的精度。
如何合理地简化模型,简化后模型如何修改,才能与实际吻合,成为研究中需要解决的问题。
二是问题的规模与计算精度之间的协调。
提高分析的精度需要更精细的模型,这样问题的规模就很大,对计算条件的要求非常高,而且建模和计算所耗费的时间很长。
目前在网格的密度与计算精度之间没有可供参考的量化关系,只能通过试算,并采取试验验证的方法来进行处理。
对于具体的内燃机气缸体,建立比较精确而同时规模大小合适的有限元模型是进行动力学分析、噪声预测等研究的基础。
本文以YC6108柴油机气缸体为研究对象,建立了其实体模型和有限元模型,并进行了有限元模态分析;重点比较了在不同网格划分精度下,有限元模态分析的结果。
1 实体模型的建立利用ANSYS软件建立有限元模型,有两种建模方法:一是利用实体造型功能,首先创建实体模型,然后再在实体模型的基础上,进行网格划分操作,完成有限元模型;二是直接生成有限元网格的方法。
近年来,有限元前处理技术进展的一个突出特点是C AD几何造型(特别是三维实体造型)技术的引入。
基于三维实体模型建立有限元网格符合现代CAD 并行工程的要求,可极大地提高分析结果的可信度,同时也可大大提高有限元网格模型的生成速度和分析效率。
目前,通过许多大型C AD软件,人们可以比较方便地建立复杂零部件的实体模型,并导入到有限元的前处理模块中去。
因此,本文采用实体造型功能中的自上向下的建模方法来构造气缸体的实体模型。
53拖拉机与农用运输车第3期2005年6月 T ractor&F ar m T ransporterYC6108柴油机气缸体是一个经铸造、机加后得到的箱体式结构,其形状较为复杂,在铸造的箱体上分布有各种加强筋、凸台、轴承孔、冷却水套、油道孔和各种纵横隔板。
建立有限元模型时,不可能将这些复杂的结构全部考虑进去,否则模型过于复杂,因此必须根据有限元分析的需要对气缸体进行必要的简化。
实体模型主要的简化包括以下几个方面:1)忽略了一些局部结构。
由于该气缸体的实体模型是为气缸体模态分析做准备的,而这与有限元应力分析、变形分析不同,不需了解气缸体局部的特性与应力状况,因此对气缸体安装附件用的凸台、小的螺栓孔、油道、油孔等对整体特性影响较小的局部结构予以忽略。
2)简化了局部结构的一些细节。
如对气缸体内部横隔板上的局部加强筋、凹槽等加以简化;结构结合处的圆角、倒角等细节也予以简化,这些细小的结构对于应力的分布影响比较大,而对于整体的振动模态等动力学特性影响非常小,而且对这些局部结构,网格划分非常困难。
3)忽略气缸体内外表面的加强筋。
对气缸体这种箱形结构,其上的加强筋只影响扭转变形,而对弯曲变形影响较小。
4)螺栓孔的处理。
在实际工作中由于装上螺栓后局部刚度得以加强,所以在气缸体模态分析的时候可以忽略其孔型结构。
5)对每个部分又根据其形状特点进行少量简化,以方便划分有限元网格。
为了提高分析的精度,对一些局部结构进行简化后,保留了一些重要的结构,如冷却水套、凸轮室结构等。
图1为建立的气缸体的三维实体模型。
图1 气缸体实体模型2 有限元模型的建立2.1 实体模型导入有限元网格模型(包括节点数据、单元信息、物理特性、材料特性)的建立是用有限元法求解问题的先决条件,在整个求解过程中,它通常具有最大的工作量。
值得注意的是,尽管有限元网格自动生成技术有了很大的发展,但是对于大型的复杂结构,仍然存在不少困难。
主要表现在两个方面:一是几何元素过多,如本文中建立的YC6108型柴油机气缸体的一种实体模型有534个面,1524条线(图1)。
要生成其有限元网格需要高性能高配置的硬件,对于没有经过简化的实体模型,现有的硬件无法实现。
二是一些几何元素太复杂或者几何元素尺寸的大小相差悬殊,如一些细节部分,导致网格划分失败或生成网格的质量很差。
建立了简化的实体模型后,将模型导入ANSYS 软件,并进行有限元网格划分。
在模型导入和网格划分过程中,可能会出现导入失败或者网格划分失败的情况。
这主要是由于结构非常复杂,三维实体造型的一些细节存在问题或者过细,导致失败,这就需要修改实体模型或者在ANSYS 中进行拓扑修补,这些模型修改工作非常繁琐费时,是建立有限元模型中工作量最大的地方。
2.2 单元类型选择与网格划分在有限元模型的建立过程中,有限元网格的划分尤为重要,其划分的质量直接关系到计算的精度和速度。
进行有限元划分时,首先必须确定单元类型。
用三维实体元来描述气缸体结构,更能反映气缸体的实际状况。
有限元中,三维实体元主要有两类:六面体单元(如ANSYS 中的So li d 45单元等)和四面体单元(如ANSYS 中的So lid92单元等)。
由于六面体单元划分时要求结构的形状比较规则,而对于内燃机气缸体这样的复杂构件,对其进行六面体网格的自动划分是非常困难的,目前还没有一个软件能对其进行六面体单元网格自动划分而得到较好的网格质量。
而用四面体单元来划分三维结构,单元划分比较灵活,可以适应复杂的几何形状。
因此,本文采用10节点四面体单元So li d 92划分网格。
网格密度直接影响计算结果的精度和计算规模的大小。
一般来说,网格数量增加,计算精度会有所提高,但同时计算规模也会增加,而当网格数量增大到一定程度后,网格数量再继续增加,则计算精度提高很少,而计算规模则增大很多,所以在确定网格数量时应权衡这两个因素综合考虑。
一般在静力分析时,如果仅仅计算结构的变形,网格数量可少一些;若计算应力,则在精度要求相同的情况下应取较多的网格,特别是有结构突变的地方,网格应该划分细一些。
在计算结构固有动力特性时,如果仅仅计算少数低阶模态,可采用较少的网格;如果计算的模态阶次较高,则应该选择较多的网格。
54拖拉机与农用运输车 第3期2005年6月本文主要计算气缸体的固有特性,因此采用较少的网格数量,并采用尽量均匀的网格密度,利用ANSYS6.0网格智能划分功能(Sm artsize M esh)对气缸体进行一次性网格自动划分,无人工干预,使网格划分更加合理一些。
将气缸体的三维实体模型导入ANSYS ,定义单元类型后,进行网格划分。
图2为选择Sm artsize lev el 7生成的有限元模型,节点总数为21964个、单元总数为73489个。
图2 气缸体有限元模型有限元网格划分好之后,需要确定气缸体的材料,YC6108柴油机气缸体采用H T250铸铁,其材料密度为7300kg /m 3,弹性模量取120GPa ,泊松比取0.26。
2.3 边界条件的确定边界条件的施加是内燃机零部件有限元分析的难点之一。
边界条件的施加方式与有限元网格模型的生成方式直接相关,对基于几何模型建立的有限元模型,边界条件可以施加在几何模型的边、表面、点。
一旦生成有限元模型,软件可自动将边界条件的转换施加到节点、单元面和单元边等有限元实体上。
几何位置点(顶点、边或面上的位置点)上施加的边界条件必须在施加后对模型进行自由式网格划分后才能生效。
由于不容易确定实际的和试验中的边界条件,试验模态分析采取自由模态的方法,即在气缸体测试时,用弹簧将气缸体悬挂起来,使其处于自由状态,再进行测试。
为了和试验模态的数据进行对比,本文中气缸体的有限元模态分析也采用无约束条件的自由模态分析。
3 模态分析结果3.1 有限元模态分析方法的对比ANSYS 软件计算频率范围的选取是指计算时在哪一个频段内进行求解,提取模态。
根据模态提取的最高频率至少应为分析频率两倍的原则,在0~5000H z 范围内,提取气缸体的前10阶非刚体模态。
