基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

连杆简化模型的有限元分析一．个人任务1.连杆简化模型的静力学分析2.参数化研究与目标驱动优化设计二．分析所需数据见《汽车设计课程设计指导书》P6 明细三．连杆的实体模型和网络模型连杆简化实体模型连杆简化网络模型四．连杆原设计在各种接触条件下进行有限元分析后得到的变形图和应力图方案一：连杆小头里铜环内壁施加均匀压强 P=52MPa载荷施加图小铜环与连杆小头在不同接触条件下的接触分析：1．bonded2. frictionless3.rough4. frictional_0.15 摩擦系数0.15最大值TotalDeformationEquivalentStressNormalStressTotalDeformation2TotalDeformation3均匀载荷0.084824mm 312.83MPa 246.05MPa 0.084447mm 0.080688mm轴承载荷0.083415 311.31 260.34在方案一的载荷情况下：在DS中进行拓扑优化方案二：连杆小头里铜环内壁施加轴承载荷 X方向的力F=5*sqrt2*3*e-6*52*e6=1102.92N Bonded - Solid To Solid在方案二的载荷情况下：在DS中进行拓扑优化五．局部网格细化的研究方案一在施加均匀压力的条件下：方案二在施加轴承载荷的条件下：最大Total Equivalent Normal Total Total值Deformation Stress Stress Deformation2 Deformation3 均匀0.084824mm 312.83MPa 246.05MPa 0.084447mm 0.080688mm 载荷0.083415 311.31 260.34轴承载荷六．参数化研究和目标驱动的优化设计（在DS中进行优化设计）在DS仿真后建立DX模型进行测试，测试出在既定的形状下模型的最理想受载情况在进行目标驱动优化前，利用响应图查看整个系统的特性七．对设计结构进行修改取变量有铜环直径，连杆小头直径，连杆大头到连杆小头之间的距离优化后的受载情况：. ..八．具体分析操作中遇到的问题汇总1.建模过程中（DM 模型），要考虑在DS 模型中的成角度曲面的约束和施加载荷对连杆大头和小头进行扇形建模2.在建模的过程中为了构造用于施加约束和载荷的扇形曲面，在构造扇形的过程中要一个扇形一个扇形的建模，建模完一个扇形后，在准备建立下一个扇形以前，记得对已经建立的扇形模型进行冻结操作3.网格划分过程中，首先用的是整体自动网格划分，后来进行了局部细化网格分析，而细化网格的方法大致有两种，一个用的是Contact Sizing ，一个是Part Relevance ，自己对比分析两种方法4.在施加边界条件时发现，连杆小头里的铜环和连杆小头在不同的接触条件下仿真分析出来的结果很不相同，本人分别用了bounded, frictionless, rough, fritional (摩擦系数0.15)进行了对比分析5.对连杆小头里面铜环内壁90°曲面的载荷施加，采取了两种对比分析，一是均匀压强载荷分析，一是轴承载荷分析，即在连杆轴线方向，离连杆小头轴心距离越远，受到的轴线方向的载荷越大，根据圆曲面的对称性求出了轴线方向，即X 方向的力F=1102.92N6.目标驱动优化分析（DOE ）中八．课程设计总结CAE 技术在汽车的设计和改善技术中的应用越来越多，仿真的方法越来越接近汽车在实际使用中的运行工况，从而改善了汽车的设计和完善水平，减少了实车实验的成本，缩短了整车开发的周期，能更快，更好的解决汽车在实际使用中的问题。

基于Workbench的航空发动机连杆有限元分析作者：付贵郭湘川来源：《科技风》2018年第10期摘要：连杆是航空发动机中一个重要的传力零件，由于它承受的是变载荷，容易疲劳损坏，所以对其强度有很高的要求。

本文以某型发动机连杆为研究对象，首先对连杆进行了受力分析，确定了连杆两种极限受力状态。

文章通过Solidworks对连杆进行三维建模，然后再导入Ansys Workbench 有限元分析软件进行分析，得到应力分布云图，找出的危险位置，为连杆强度设计分析提供理论依据。

关键词：航空发动机；Workbench；连杆；应力分析连杆是航空活塞发动机中一个重要的传力零件，它用于连接活塞与曲轴，将活塞的往复直线运动转化成曲轴的旋转运动。

发动机工作时连杆承受混合气体的爆发力、摆动惯性力和往复惯性力的作用，这些受力不仅有大小的变化，而且还有方向的变化[1]。

由于连杆承受了变载荷，连杆就容易产生疲劳断裂。

本文首先对连杆进行了受力分析，找出了连杆所受最大拉力和压力的位置并确定了最大拉伸和压缩两种有限元模型。

利用Solidworks对连杆进行三维建模，再导入Ansys Workbench中进行有限元分析，最终得到应力分布云图，找出的危险位置，为连杆强度设计分析提供理论依据。

1 连杆载荷受力分析连杆的运动机构是一个曲柄滑块机构，活塞直线运动通过连杆带动曲轴的旋转运动，连杆运动简图如图1所示。

图中：l—连杆长度，x—活塞位移，S—活塞行程，a—曲柄转角，β—连杆摆角，r—曲柄半径。

连杆在工作过程中需要承受通过活塞传递的燃气爆发力、往复运动质量的惯性力以及由于自身摆动所产生的惯性力[2]。

燃气爆发力Fg为：Fg=（Pg-Pa）×πd24（1）式中：Pg为气体压力，d为气缸直径。

活塞的往复惯性力为：Fj=mjrw2（cosa+λcos2a）（2）则作用在连杆上的力FL为：FL=（Fg+Fj）/cosβ（3）经过以上分析可知连杆连杆在运动过程中主要受爆发力和惯性力作用，当爆发力和惯性力分别最大的时候会出现两种工况，即最大压缩和拉伸。

基于Workbench的仿真内燃机曲柄连杆机构动力学分析（机械与动力工程学院南京 211816）摘要：本文以S195 内燃机为例，对单缸内燃机的曲柄连杆机构简化模型进行了有限元分析。

根据力学分析结果和强度要求设计内燃机曲柄连杆机构结构，并应用UG软件建立该机构三维数字化虚拟装配模型，结合有限元理论及其分析软件ANSYS Workbench，模拟分析了曲柄连杆机构装配体动力学分析，结果表明，数字化模型结合装配体有限元分析，可解决曲柄连杆机构结构强度评价问题，有助于缩短汽油机开发周期和减少成本。

关键词：曲柄连杆，有限元分析，Workbench，动力学仿真。

Dynamic analysis of the crank connecting rod mechanismbased on Workbench simulation(Nanjing Technology of University, mechanical and power engineering,Yin Zhenhua, Nanjing, 211816)AbstractBased on the S195 diesel engine as an example, the crank connecting rod mechanism of single cylinder diesel engine was analyzed in finite element analysis. According to the mechanical analysis results and strength requirements, the structure of the engine crank connecting rod mechanism is designed, and the 3D digital virtual assembly model of the mechanism is established. Combined with the finite element theory and the analysis software ANSYS Workbench. The results show that the numerical model combined with the finite element analysis can solve the problem of structural strength evaluation of the crank link mechanism, which helps to shorten the development cycle and reduce the cost.Key words: crank connecting rod, finite element analysis, Workbench, dynamic simulation.0．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[1-2]。

姓名：学号：班级：一，分析目的：连杆链接活塞和曲轴，活塞上的力传送给曲轴以输出功率。

连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个很复杂的盈利状态下工作。

它即受交变的拉件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。

所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度。

二，材料参数：图中标注均为英寸作为单位，杨氏模量为E=30E6psi,泊松比为0.3。

连杆材料一般采用45钢、40Cr、20CrMnMo或者40MnB等调质刚。

三，结构参数：图1- 1汽车连杆的有限元分析，为骑车连杆几何模型，连杆的厚度为0.5in，中间部分轮廓为6个点形成的样条曲线，其他长度均在草图中有所表示。

图1- 1汽车连杆的有限元分析四，边界条件：力、位移高强度合金钢的应用并不能达到预期效果连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。

连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。

连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。

连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。

为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。

在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。

连杆小头用活塞销与活塞连接。

小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。

五，具体流程：命令流：Finish $ /Clear/PREP7 !*入前处理器PCIRC,1.4,1,0,180, $ PCIRC,1.4,1,45,180, !*创建两个圆面/REPLOT,RESIZE/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,1 $/PNUM,VOLU,0 $/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0 $ /PNUM,SV AL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTRECTNG,-0.3,0.3,1.2,1.8, $RECTNG,-1.8,-1.2,0,0.3, !* 创建两个矩形面FLST,2,1,8FITEM,2,6.5,0,0WPA VE,P51XCSYS,4PCIRC,0.7,0.4,0,180, $PCIRC,0.7,0.4,0,135, !*创建另两个圆面FLST,2,4,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,-4AOVLAP,P51XFLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,5 $FITEM,2,-6AOVLAP,P51XCSYS,0K, ,2.5,0.5,, $K, ,3.25,0.4,, $K, ,4,0.33,, $ K, ,4.75,0.28,, !*创建关键点CSYS,1FLST,3,6,3FITEM,3,5 $FITEM,3,6 $FITEM,3,7 $FITEM,3,21 $FITEM,3,24 $FITEM,3,22BSPLIN, ,P51X, , , , ,1,135,,1,45,, !*创建多义线LSTR,1,18 !*创建1和18之间的直线/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,1 $/PNUM,AREA,1 $ /PNUM,VOLU,0 $ /PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SV AL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOT $LPLOTFLST,2,4,4FITEM,2,6 $FITEM,2,1 $FITEM,2,7 $FITEM,2,25AL,P51XLFILLT,36,40,0.25, , $LFILLT,40,31,0.25, , $LFILLT,30,39,0.25, , !*创建三个线倒角LPLOTFLST,2,3,4FITEM,2,10 $FITEM,2,12 $FITEM,2,13 !*由三个线倒角创建新的面AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,15 $FITEM,2,17 $FITEM,2,19AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,23 $FITEM,2,21 $FITEM,2,24AL,P51XAPLOTFLST,2,12,5,ORDE,2FITEM,2,1 $ FITEM,2,-12AADD,P51X/AUTO, 1/REP/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,0 $/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0 $/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SV AL,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTAPLOTCSYS,0FLST,3,1,5,ORDE,1FITEM,3,13ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,13AADD,P51XWPSTYLE,,,,,,,,0ET,1,SOLID45 !*材料MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0 $MPDA TA,DENS,1,,8000MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e11 $MPDATA,PRXY,1,,0.3 !*弹性模量FLST,2,1,5,ORDE,1 !*拉伸体VEXT,2, , ,0,0,0.5,,,,MSHAPE,1,3D $MSHKEY,0 $CM,_Y,VOLU $VSEL, , , ,1 !*网格CM,_Y1,VOLU $CHKMSH,'VOLU' $CMSEL,S,_Y $VMESH,_Y1CMDELE,_Y $ CMDELE,_Y1 $ CMDELE,_Y2 $ /UI,MESH,OFFFINISH $ /SOL $ FLST, 2,4,5,ORDE,2 $ FITEM,2,27 !*对大圆内孔施加全约束FITEM,2,-30 $DA,p51x,ALL,FLST,2,2,5,ORDE,2 $FITEM,2,31 $ FITEM,2,-32 $ SFA,P51X,1,PRES,1000 !*对小圆内孔施加均布荷载1000/STA TUS,SOLU $SOLVE !*求解六，查看结果：图1- 2变形七，用新的知识，建立一条路径，让力和变形都映射在路径上。

XXXXX毕业设计（论文）摘要众所周知，发动机是汽车一切非简单部件中最重要的部件之一。

而曲轴连杆作为发动机转换能源的重要零部件，承担着将燃料化学能转换为机械能的重点工作。

其主要作用是将来自于活塞的力传递给曲轴，使活塞的往返运动转化为曲轴的旋转运动。

在发动机运行时，连杆承受着复杂的载荷，其受力主要包含来自于活塞的压力、活塞及其自身往复运动的惯性力，而且对于这些力的大小和方向，其特征都是周期性变化的。

所以，这就要求强度及刚度对连杆都要满足。

故而需要对发动机连杆进行强度分析及结构优化。

由于计算机的快速发展，采用计算机辅助分析的方法来研究机械结构在工程领域中已广泛使用。

ANSYS是一款通用性很强且功用非常强大的有限元分析软件，故本文以ANSYS14.0为核心对发动机连杆进行了有限元应力分析。

本论文主要做了如下工作：（1）使用UG10.0软件建立了连杆的三维模型，导入ANSYS14.0软件划分网格，得到有限元分析模型。

（2）对发动机连杆进行静力学分析，得到了连杆拉压工况的的应力云图和位移云图。

（3）结合连杆受力情况，对连杆进行了结构优化设计，使其在满足相同强度条件的情况下减少重量，以达到减小惯性力及材料的目标。

本文借助于大型有限元分析软件ANSYS14.0对发动机连杆进行有限元应力分析，验证了连杆的性能及研究了连杆强度计算和优化设计方法，从静力学方面判断出连杆工作的可靠性。

关键词：曲轴连杆，有限元，强度分析，优化IXXXXX毕业设计（论文）ABSTRACTAs we all know, engine is one of the most important parts of all the complex parts of automobile. Crankshaft connecting rod, as an important part of engine power conversion, undertakes the core task of converting fuel chemical energy into mechanical energy.Its main function is to transfer the force from the piston to the crankshaft, so that the reciprocating motion of the piston can be transformed into the rotating motion of the crankshaft. When the engine works, the connecting rod bears harsh working conditions and complex loads. The force mainly comes from the gas force of the piston, the inertia force of the piston and its reciprocating motion, and the magnitude and direction of these forces show periodic changes. Therefore, it requires the connecting rod to have enough strength and stiffness. Therefore, it is necessary to analyze the strength and optimize the structure of the engine connecting rod.Because of the rapid development of computer, the method of computer aided analysis has been widely used in the field of engineering. ANSYS is a very versatile and powerful finite element analysis software, so this paper takes ANSYS14.0 as the core to carry out finite element stress analysis of engine connecting rod.The main work of this paper is as follows:(1) The three-dimensional model of the connecting rod is established by UG10.0 software, and meshed by ANSYS14.0 software, the finite element analysis model is obtained.(2) Static analysis of engine connecting rod is carried out to check the correctness of finite element model and boundary conditions, and stress nephogram which is in accordance with actual working conditions is obtained.(3) Optimized design of the connecting rod in combination with the force of the connecting rod, so that the weight of the connecting rod can be reduced under theIIXXXXX毕业设计（论文）same strength condition, in order to achieve the purpose of reducing inertial force and material.In this paper, the finite element stress analysis of engine connecting rod is carried out by means of the large-scale finite element analysis software ANSYS14.0. The performance of the connecting rod is verified, the strength calculation and the optimization design method of the connecting rod are studied, and the reliability of the connecting rod is judged from the static aspect.KEY WORDS：crankshaft connecting rod, finite element, strength analysis, optimizationIIIXXXXX毕业设计（论文）目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................I I 目录 . (IV)第一章绪论 (1)1.1论文研究背景和意义 (1)1.2有限元法研究现状 (1)1.3发动机连杆有限元分析研究现状 (2)1.4本章小结 (3)第二章有限元分析基础 (4)2.1有限元法介绍 (4)2.1.1有限元法发展历史 (4)2.1.2有限元法基本理论 (5)2.1.3有限元法分析步骤 (7)2.2ANSYS软件介绍 (9)2.3本章小结 (9)第三章连杆的受力分析 (10)3.1连杆受载情况及参数 (10)3.1.1连杆受力分析 (10)3.1.2已知参数 (11)3.2燃气压力计算 (11)3.3惯性力计算 (12)IVXXXXX毕业设计（论文）3.5连杆最大压应力工况受力分析 (15)3.6本章小结 (16)第四章连杆应力有限元分析与结构优化 (17)4.1连杆三维模型的建立 (17)4.1.1 UG10.0软件介绍 (17)4.1.2建立连杆三维模型 (18)4.1.3三维模型的简化 (19)4.2有限元模型前处理 (22)4.2.1三维模型的导入 (22)4.2.2材料参数的设定 (24)4.2.2单元类型的选择及网格划分 (25)4.3连杆载荷施加及边界条件 (28)4.3.1连杆载荷处理与分布 (28)4.3.1.1载荷处理 (28)4.3.1.2连杆大小端拉应力加载 (29)4.3.1.3连杆大小端压应力加载 (31)4.3.2连杆位移边界条件的确定 (34)4.4运算及结果分析 (35)4.5连杆结构优化分析 (37)4.6.1连杆优化概述 (37)4.6.2连杆优化分析 (38)4.6本章小结 (40)第五章总结与展望 (41)5.1工作总结 (41)5.2工作展望 (42)参考文献 (44)VXXXXX毕业设计（论文）致谢 (46)毕业设计小结 (47)VIXXXXX毕业设计（论文）第一章绪论1.1论文研究背景和意义以往对发动机的主要组成部件的受力分析，只能靠传统力学计算方法，大致反映这些零件受力状态，因为这些零件受力复杂且形状不规则，比如活塞、连杆、气缸、曲轴等。

基于ANSYS软件的内燃机连杆的有限元分析R A Savanoor1, Abhishek Patil2*, RakeshPatil3 and Amit Rodagi2*Corresponding Author: Abhishek Patil,pabhishek170@连杆是连接活塞和曲轴的中间的连接部分的结构。

连杆的作用主要是负责传递推动和拉动的活塞销和曲柄销运动，从而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。

一般连杆生产中使用的材料常见的是碳钢和铝合金连杆。

在本论文中我们在比较两种不同类型的碳钢和铝合金连杆的冯•米塞斯应力和总变形。

老驴三个材料参数进行有限元分析。

如，Von米塞斯应力和位移都从ANSYS软件中获得。

然后比较了铝合金和锻钢这两种不同的材料。

然后发现Al5083合金重量比较轻。

这导致连杆的重量减少63.19%。

关键词：连杆，活塞的往复运动，V on米塞斯应力，ANSYS简介连杆连接活塞与曲轴，它们形成了一个简单的机构，将直线运动转化为旋转运动。

由于活塞的推力，最大的应力出现在连杆的活塞端附近。

除承受燃烧室燃气产生的压力外，还承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个很复杂的盈利状态下工作。

它即受交变的拉力、压应力又受弯曲应力。

连杆的主要损坏形势是疲劳断裂和过量变形。

连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。

所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度。

拉伸应力和压缩应力是由于气体压力和弯曲应力的产生的，是由于离心力的作用，产生的偏心力。

因此，连杆的设计一般I-section提供的最大的刚度，能够在活塞端部获得最大应力并且增大刚度可以减少活塞端部的材料收到的应力，而且可以减轻连杆的重量。

曲轴连杆机构运动件的重量优化设计，不仅是节省材料及发动机重量降低，运动件质量对改善发动机整体的工作状况特别有效，ANSYS 形状优化的功能可以对活塞内腔、活塞销孔、连杆形状、曲轴圆角和曲柄臂尺寸进行优化设计。

基于ANSYS的汽车发动机连杆性能分析作者：王鹏飞来源：《山东工业技术》2019年第11期摘要：本文用ANSYS软件对汽车发动机连杆进行了静力学分析和模态分析，建立了发动机连杆性能分析模型。

通过静力学分析，建立了发动机连杆的力学性能模型，得出了连杆总变形、定向变形、等效应力以及等效弹性应变分布情况。

通过模态分析，得出了发动机连杆模型的模态分布情况以及每一模态下的模态振型。

最后，综合得出了连杆的易变形位置，并提出了相应的防治措施，为高性能连杆的设计提供改良依据。

关键词：发动机连杆；ANSYS；有限元；静力学分析；模态分析DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.11.0030 引言汽车发动机连杆是发动机的重要零部件之一，它的性能影响着发动机整体结构的运动可靠性和工作稳定性。

发动机连杆的作用是把活塞与曲轴连接起来，把作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动[2]，从而对外输出做功。

发动机连杆由大头、小头和杆身三部分构成。

与活塞销连接的部分称连杆小头，连杆小头与活塞一起做往复运动；与曲轴连接的部分称连杆大头，连杆大头与曲轴一起做旋转运动；连接小头与大头的杆部称连杆杆身。

发动机连杆的运动有上下运动以及左右摆动，从而形成复杂多变的平面运动。

因此，发动机连杆的受力情况也是复杂多变的，在工作过程中经常受到拉伸、压缩、弯曲和扭转等多种交变载荷的复杂应力的作用，工作环境恶劣。

如此复杂的应力作用容易造成发动机连杆的疲劳、磨损、弯曲甚至断裂，进而影响发动机正常工作[3]。

因此，对发动机连杆进行性能分析就显得尤为重要。

多数发动机连杆性能问题很难通过经典的弹性力学分析，进而求解微分方程而得到其解析解。

但基于ANSYS的有限元分析方法则可以避免求解微分方程。

基于此，本文用ANSYS软件对汽车发动机连杆进行了静力学分析和模态分析，建立了发动机连杆性能分析模型，为发动机连杆的改良设计提供一定思路。

基于ANSYS的连杆机构运动分析摘要：随着工业的发展，连杆机构应用越来越广泛，从工业包装行业到航空业，都能够见到连杆机构应用的影子。

连杆机构的运动特性参数决定了连杆机构能否满足使用要求。

简单的四连杆机构，我们可以根据机械原理与理论力学等理论，虽然通过选取特殊状态能够求得特定时刻的运动特性参数，包括位移、速度、加速度，但是无法求得任意时刻的运动特性参数。

而且当连杆数量的增加，求解变得更加复杂。

本文另辟蹊跷，利用有限元理论建立了有限元模型，施加载荷以及边界条件，求得了四连杆机构的运动特性参数，为更复杂的连杆机构设计提出了建设性的方法。

采用ANSYS中的相关单元对连杆机构进行模型的搭建以及边界处理，进而求的所希望的位移、速度和加速度等随时间变化的相关数据。

论文首先建立简单四连杆机构的ANSYS模型进行求解，选取某一特定状态，将结果同解析法进行对比，验证基于ANSYS的方法的可行性。

然后通过ANSYS计算某一复杂的连杆机构的运动特性，并对所分析的机构利用机械原理相关理论去分析，为进一步优化做准备。

关键词：连杆机构；有限元；解析法；Ansys建模Analysis of linkage mechanism based on ANSYSAbstract：With the development of industry, connecting rod mechanism is used more and more widely, from the industrial packaging industry to the aviation industry, will be able to see the shadow of the connecting rod mechanism application. The motion parameters of linkage mechanism determines the linkage mechanism can meet the use requirements. The four connecting rod mechanism is simple, we can according to the mechanical principle and theoretical mechanics theory, although the movement characteristic parameters to obtain a special state specific time, including the displacement, velocity, acceleration, movement parameters, but can not find any time. And when increasing the number of connecting rod, solving more complex.In this paper, another strange, the finite element model is established by using the finite element theory, the loads and boundary conditions, the motion parameters of the four bar linkage obtained, presents a constructive approach to design more complex linkages. The relevant unit in the ANSYS model is established and the boundary treatment on the connecting rod mechanism, the relevant data and then the desired displacement, velocity and acceleration variation with time. Firstly, a simple ANSYS model of four bar linkage mechanism to solve, select a particular state, the results were compared with the analytical method, the feasibility of the method validation based on ANSYS. Then the motion characteristics of a complex linkage was calculated by ANSYS, and the analysis of the mechanism of using mechanical theory to analyze, for the further optimization of preparation.Keywords: connecting rod mechanism; finite element；analytic method；Ansys modeling目录1、前言 (1)1.1 目的和意义 (1)1.2 研究手段和所做工作 (1)2、连杆机构与有限元理论方法简介 (2)2.1连杆机构 (2)2.2 有限元理论以及动力学分析 (3)2.3涉及的单元简介 (5)2.3.1 COMBIN7介绍 (5)2.3.2 BEAM4介绍 (6)2.3.3 四连杆机构的有限元模型 (7)2.4参数化APDL语言 (7)3、不同计算方法对比研究 (9)3.1 问题描述 (9)3.2解析法 (9)3.3 有限元法 (11)3.3.1建立工作文件 (12)3.3.2定义参量 (12)3.3.3创建单元类型 (13)3.3.4定义材料特性 (14)3.3.5定义实常数 (15)3.3.6创建节点 (16)3.3.7指定单元属性 (17)3.3.8创建铰链单元 (18)3.3.9指定单元属性 (18)3.3.10创建梁单元 (19)3.3.11定分析类型 (19)3.3.12打开大变形选项 (19)3.3.13确定数据库和结果文件中包含的内容 (21)3.3.14设定非线性分析的收敛值 (21)3.3.15施加约束 (22)3.3.16求解 (22)3.3.17定义变量 (23)3.3.18对变量进行数学操作 (23)3.3.19用曲线图显示角位移、角速度和角加速度 (24)3.3.20列表显示角位移、角速度 (25)3.4 方法验证说明 (26)4、变形机构的运动分析 (27)4.1 采用APDL参数化建立复杂模型 (27)4.2对模型进行分析求解 (27)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录 (33)1、前言1.1 目的和意义随着工业的发展，四连杆机构以各种变形形式出现在生活中。

第36卷 第2期 2014-02(下) 【107】收稿日期：2013-11-22作者简介：胡小青（1980 -），女，四川德阳人，讲师，硕士，研究方向为机械设计制造及其自动化。

基于ANSYS workbench 的汽车发动机连杆力学性能分析Mechanical properties analysis of motocar engine connecting rodbased on ANSYS Workbench胡小青HU Xiao-qing（四川工程职业技术学院，德阳 618000)摘 要：以汽车发动机用连杆为研究对象，建立了发动机连杆力学性能分析简化模型。

采用Ansysworkbench软件static structure模块，利用有限元分析法对发动机连杆模型进行模拟分析，得出了发动机连杆模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布。

结果显示，发动机连杆模型最大变形位于发动机小头顶部，最大等效应力位于发动机连杆与大头交接顶角处，为4.09×109Pa ，最大等效弹性应变与等效应力所处位置相同为0.02。

关键词：发动机连杆；Ansys workbench；有限元法；模拟分析；力学性能中图分类号：TG213 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)02(下)-0107-02Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.02(下).300 引言汽车发动机连杆是内燃机中的一个重要的结构零件，其作用是连接活塞和曲轴，将作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功[1]。

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动[2,3]。

因此，连杆体除了上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动[4]。

所以，连杆的受力情况也十分复杂，工作中经常受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用[5]。

这种复杂的载荷容易引起连杆的疲劳破坏，甚至直接关系到操作人员的安全，从而造成严重的后果[6]。

ANSYS课程设计连杆实例的受力分析一.问题描述厚度为0.5英寸的汽车连杆在小头孔周围90度处承受P=1000psi的表面载荷。

用有限元法分析了连杆的应力状态。

连杆材料性能:模量E=30×106psi，泊松比0.3。

因为连杆的结构是对称的，所以只能进行一半的分析。

采用自底向上的建模方法，采用20节点SOLID95单元进行划分。

二、具体操作流程1.定义工作文件名和工作标题。

2.生成两个圆环体。

⑴生成圆环:主菜单>预处理器>模型创建>面积圆>按尺寸，其中RAD1=1.4，RAD2=1，θ1 = 0，θ2 = 180，单击应用，输入θ1 = 45，然后单击确定。

⑵打开“面编号”控件，选择“区域编号”作为“打开”，然后单击“确定”。

3.生成两个矩形。

⑴生成矩形:主菜单>预处理器>模型创建>面积矩形>按尺寸，输入X1=-0.3，X2=0.3，Y1=1.2，Y2=1.8，点击应用，然后分别输入X1=-1.8，X2=-1.2，Y1=0，y2 = 0。

⑵平移工作平面:工具菜单>工作平面>偏移WP to > XYZ位置，在ANSYS输入窗口的charm输入行中输入6.5，按Enter键确认，然后单击确定。

⑶将工作平面坐标系转换为活动坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>工作平面。

4.生成圆环体并执行布尔运算。

⑴⑵进行面对面折叠操作，结果如图。

5.生成连杆体。

⑴激活直角坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局笛卡尔坐标系。

⑵定义四个新的关键点:主菜单>预处理器>创建>关键点”在Active CS中，在对话框中输入X=2.5，Y=0.5，点击应用；；X=3.25，Y=0.4，点击应用；；X=4，Y=0.33，点击应用；；X=4.75，Y=0.28，点击确定。

⑶激活全局坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局圆柱坐标系。

2023年第47卷第6期Journal of Mechanical Transmission基于Ansys Workbench的研磨仪连杆优化设计况驰1,2李晶2胡俊峰1李卉2（1 江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）（2 广东顺德创新设计研究院，广东佛山528311）摘要为解决现有研磨仪连杆在设计使用年限内出现断裂失效的问题，对连杆进行了结构优化设计。

首先，对连杆所属曲柄滑块机构进行动态静力分析，求解出连杆在1个运动周期内受到的外力，以此作为后续连杆强度分析的理论依据；其次，使用Ansys Workbench完成连杆的静力学强度分析和疲劳强度分析，确定连杆失效是由于疲劳强度不足造成的；最后，以连杆质量最轻为优化目标，以满足疲劳强度要求为约束条件，使用响应面法对连杆进行优化设计。

优化设计确定了合适的过渡圆角半径、薄端圆环厚度和杆身宽度。

仿真结果表明，优化后连杆受到的极限拉伸等效应力最大值降低了58.7%，疲劳寿命增加了1.4倍，能够满足使用要求。

关键词连杆曲柄滑块机构动态静力分析有限元分析响应面优化设计Optimal Design of the Connecting Rod of Vibration Grinding Mills Based onAnsys WorkbenchKuang Chi1,2Li Jing2Hu Junfeng1Li Hui2(1 School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)(2 Guangdong Shunde Innovative Design Institute, Foshan 528311, China)Abstract In order to solve the problem of fracture failure of the existing vibration grinding mill connecting rod within the design service life, the structural optimization design of the connecting rod is proposed. Firstly, the kineto-static analysis is used to solve the external force applied to the crank-slider mechanism in one motion cycle, which is used as the theoretical basis for the subsequent strength analysis. Secondly, Ansys Workbench is used to complete the static strength analysis and fatigue strength analysis of the connecting rod. It is determined that the failure of the connecting rod is caused by insufficient fatigue strength. Finally, the response surface methodology is used to optimize the design of the connecting rod. The objective of the optimization is to minimize the mass of the connecting rod, and the optimized constraint is that the fatigue strength of the connecting rod meets the standard. This optimization design determines the appropriate transition fillet radius, thin end ring thickness and shaft width. The maximum tensile load equivalent stress of the optimized connecting rod is reduced by 58.7%, and the fatigue life is increased by 1.4 times. The optimized connecting rod meets the operation requirements.Key words Connecting rod Crank-slider mechanism Kineto-static analysis Finite element analy⁃sis Response surface optimization design0 引言广东顺德创新设计研究院为某公司研制了一款高通量研磨仪用于毛发研磨[1]。

Modeling and Simulation 建模与仿真, 2023, 12(2), 1605-1611 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/mos https:///10.12677/mos.2023.122149基于ANSYS Workbench 的发动机曲轴有限元分析姚梦灿1，王笑含2，胡方旭11上海理工大学机械工程学院，上海 2上海航天设备总厂有限公司，上海收稿日期：2023年2月13日；录用日期：2023年3月23日；发布日期：2023年3月30日摘要本文对某型大功率V10发动机曲轴进行静力学分析。

首先在Pro/Engineer 中建立该发动机曲轴的三维模型，由于实际情况中，发动机曲轴始终在进行极为复杂的运动，所以对模型和受力受载荷简化，降低运算难度。

然后在ANSYS Workbench 中进行有限元分析，得到该发动机曲轴的应力和应变情况，最大应变为0.026187 mm ，最大应力为60.786 Mpa 。

最后我们得出该发动机的危险区域为连杆轴靠近曲拐处。

关键词发动机曲轴，ANSYS Workbench ，静力学分析Finite Element Analysis of Engine Crankshaft Based on ANSYS WorkbenchMengcan Yao 1, Xiaohan Wang 2, Fangxu Hu 11School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 2Shanghai Aerospace Equipment Manufacturer Co., Ltd., ShanghaiReceived: Feb. 13th , 2023; accepted: Mar. 23rd , 2023; published: Mar. 30th , 2023AbstractIn this paper, a static analysis of a certain type of high-power V10 engine crankshaft is carried out. First, establish a three-dimensional model of the engine crankshaft in Pro/Engineer. Since the en-gine crankshaft is always performing extremely complex movements in actual conditions, the model and the force and load are simplified to reduce the computational difficulty. Then perform姚梦灿 等finite element analysis in ANSYS Workbench to get the stress and strain of the engine crankshaft. The maximum strain is 0.026187 mm and the maximum stress is 60.786 Mpa. Finally, we conclude that the dangerous area of the engine is that the connecting rod shaft is close to the crank.KeywordsEngine Crankshaft, ANSYS Workbench, Statics AnalysisCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言发动机是一辆汽车的心脏，它负责将然后燃烧的内能转化为动能传输给汽车的其他部件，使得汽车能正常的运转[1] [2]。

基于ANSYS的汽车发动机连杆性能有限元分析摘要：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。