范文一：发动机连杆有限元分析

发动机连杆有限元分析

——用Ansys软件进行分析 本分析选用参数:

D1 D2 D3 D4 D5 D6 B1 B2 B3 B4 B5 H1 H2 H3 H4 H5 H6 L1 软件 F(N)

ansys 82 63.5 39.5 30.5 13 22 110 89 57 30 30 22 4 5 38 6 28 185 2000 一、模型的创建

根据选用连杆参数建立的三维模型如图1所示.

图1.1 连杆三维模型

发动机连杆模型采用CREO软件创建，创建过程如下。

1. 绘制连杆大头及D2孔。选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，草绘截面如图1.2a所示;以Top面为中心面，向两方拉伸，拉伸高度为38mm，拉伸成型后的模型如图1.2b所示。

图1.2a 图1.2b

2. 绘制连杆小头及D4孔。选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，草绘截面

如图1.3a所示;以Top面为中心面，向两方拉伸，拉伸高度为38mm，

拉伸成型后的模型如图1.3b所示。

图1.3a

图1.3b

3. 绘制两头之间的连接杆。选择拉伸命令，以Top面为草绘平面，绘制如

图1.4a的草绘截面。仍以Top面为中心，向两方拉伸，拉伸高度为22mm，

拉伸成型后的模型如图1.4b所示。

图1.4a

图1.4b

4.绘制连杆的凹槽。选择拉伸切除命令，以连杆上视面为工作平面，绘制的草图如图1.5a所示。拉伸深度为9，拉伸切除之后的模型如图1.5b所示。

图1.5a

图1.5b

选择镜像命令，绘制另一侧的凹槽。模型如图1.6所示。

图1.6

5.绘制连杆大端盖。

绘制草图如图1.7a所示，拉伸后的模型如图1.7b所示。

图1.7a

图1.7b

绘制草图如图1.8a所示，拉伸后的模型如图1.8b所示。

图1.8a

图1.8b

绘制草图如图1.9a所示，拉伸切除后的模型如图1.9b所示。

图1.9a 图1.9b 绘制草图如图1.10a所示，拉伸切除后的模型如图1.10b所示。

图1.10a

图1.10b

选择Front面为镜像平面，进行镜像，得到模型如图1.11所示。

图1.11

6.倒角。对各孔的边缘进行倒角，得到的模型如图1.12所示。

图1.12 7.倒圆角。最后对连杆凹槽进行倒圆角，得到模型如图1.13所示。

图1.13 最后完成模型如图1.14所示。

图1.14

二、导入模型

本分析采用模型导入Ansys Workbench，几何模型如图所示

图2.1

图2.2

三、单元选择与网格划分

1、本分析采用Ansys Workbench软件mesh模块进行网格划分，采用10节点4面体solid187单元，此单元的优点如下:SOLID187是高阶3D 10-node实体单元，如图3-1。该单元支持塑性、超弹性、蠕变、应力加劲、大挠度和大应变。能利用混合方程模拟变形几乎不可压缩的弹塑性材料，和完全不可压缩超弹性材料。

图3.1

2、利用WB网格划分模块划分网格，确定划分物理场为Mechanical，采用网格划分方法如下

图3.2

3、网格全局

图3.3 4、节点和单元数量

图3.4

四、单位制定义

图4.1

五、材料参数

零件名弹性模量泊密度 屈服极限抗拉极限备3称 (MPa) 松比 (T/mm) (MPa) (MPa) 注

200000 0.3 7.85e-9 420 850 连杆 1、定义材料参数:

图5.1

2、赋予材料参数:

图5.2 六、有限元分析建模过程

创建边界条件和载荷:

1、建立远程位移约束，约束除y、z轴方向位移外其他自由度为0。

图6.1

2、建立Compression Only Support，即模拟圆柱销轴的约束，约束所示圆面仅强迫方向的位移。

图6.2

3、载荷施加采用Bearing Load，模拟圆柱类面承受集中载荷，载荷大小2000N

图6.3

七、结果后处理

1、位移云图

图7.1

图7.2

2、等效应力

图7.3

图7.4

3、等效应变

图7.5

图7.6

范文二：发动机连杆有限元分析

雹鲨坚坐２竖型卫坐竖竺

发动机连杆有限元分析

李淑英

（沈阳职业技术学院电气工程系沈阳１１工程技术００４５）

摘要：本文利用ｃ＾ＴＩＡ软件建立了连杆的三维模型，采用ⅥｏｎＦＩ嚣式作为ｃＡＴＩＡ和ＡＮｓＹｓ软件信息传递标准，将模型再导入ＡＮｓＹｓ软件进行有限元分析，通过分析得到了连杆在置大爆发压力作用下的位移和应力情况。

关键词：有限元法连杆Ａ、ｓＹｓ

中图分类号：ＴＫ４１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３７９ｌ（２００８）１２（ｃ）一００４２—０ｌ

连杆的功用是将活塞承受的力传递给

曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的

旋转运动。在发动机工作时连杆作复杂的使用的ＣＡＴＩＡ软件，连杆的ＣＡＤ模型如图１。以及外部或内部作用效应。对于不同的分析类型，所施加的载荷有所不同，本文采用了在连杆上直接施加均布载荷的方法，施

加力为７．８６Ｅ一６Ｐａ，如图２为施加载荷和约

束示意图。

２．３计算结果１．２有限元模型的建立连杆的材料采用４５Ｃｒ，网格划分采用智能网格划分，选用８节点ｓｏｌｉｄ４５单元，划平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。因此，对发动机连杆的有限元分析就变得尤为重要。分精度为８级。连杆材料特性如表ｌ所示。

２连杆的静力分析

１连杆有限元模型的建立

１．１连杆三维模型的建立

连杆的三维建模采用了汽车行业广为经过计算连杆的应力分布云图如图３所示。连杆位移分布云图如图４所示。２．１连杆有限元分析的理论基础…当连杆加载和约束时，利用力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：３结语（１）最大位移出现在连杆小头圆孔处，

值为Ｏ．２０８２２Ｅ一０２ｍｍ，然后逐渐向内递减，

到连杆大头圆孔处为最小位移。

（２）最大应力出现在干与小头圆孔接触

处，值为５．８６６×ｌＯｏＰａ，是整个连杆最危险

的部位，应采取相应的表面处理手段进行

强化。表１材料特性【嗣ｆ口１＝ｆ，）式中【棚一整体结构的刚度矩阵；弹性模量泊松比密度２０６ＧＰａＯ．３｛孽卜一节点位移列阵，｛，｝一载荷列阵。解该有限元方程就可以得到最后分析时所需要的各单元应力及变形值。７８００９／ｍｍ’

２．２边界条件的处理施加

在ＡＮＳＹｓ中，载荷包括所有边界条件参考文献

【ｌ】赵经文，王宏钰．结构有限元分析【Ｍ１．

北京：科学出版社，２００１．

【２ｌ陈家瑞．汽车构造【Ｍ】．北京：机械工业

出版社，２００５．

【３】孙连科，唐斌，薛冬新，宋希庚．６１１０柴

油机连杆的三维有限元分析【Ｊ】．车用发

动机，２００７（２）．

【４】胡云萍，毛华永．６１６０柴油机连杆三维

有限元分析…．山东大学学报，２００６（２）．图１连杆三维模型

图３连杆应力云图

图２连杆加载和约束示意图图４第６气缸爆发连杆位移云图

４２

万方数据科技资讯ｓｃＩＥＮｃＥ＆ＴＥｃＨＮｏＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴｌＯＮ

发动机连杆有限元分析

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：李淑英沈阳职业技术学院电气工程系,沈阳,110045科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2008，""(36)0次

参考文献(4条)

1. 赵经文. 王宏钰 结构有限元分析 2001

2. 陈家瑞 汽车构造 2005

3. 孙连科. 唐斌. 薛冬新. 宋希庚 6110柴油机连杆的三维有限元分析[期刊论文]-车用发动机 2007(02)

4. 胡云萍. 毛华永 6160柴油机连杆三维有限元分析[期刊论文]-山东大学学报 2006(02)

相似文献(10条)

1.会议论文 吕彩琴. 张翼. 苏铁熊. 狄建兵. 张自明 小头油孔对连杆疲劳寿命影响的研究 2001

分析了柴油机连杆小头油孔数对连杆疲劳强度的影响.方法:采用有限元法对两种连杆方案(单/双油孔)各主要考查部位的应力和连杆大头、小头内孔纵、横向变形进行对比研究,并根据Von Mises应力屈服条件对其进行疲劳强度校核,结果:双油孔连杆方案在变形和应力方面都有较好的改善.结论:连杆两种方案差别不是很大,双油孔连杆方案优于单油孔连杆方案.

2.学位论文 汪景峰 基于有限元法的曲轴与连杆强度刚度研究 2004

本文较全面系统地进行了曲轴、连杆和轴承系统各自不同机械行为之间耦合作用的基础研究工作.针对直轴-轴承系统,计算了不同轴承油膜压力分布时的轴应力;分别采用六种载荷边界条件和三种位移边界条件对曲轴应力和变形进行了有限元分析;基于单拐曲轴、梁单元整体曲轴和体单元整体曲轴模型,分别计算了N485柴油机的曲轴变形和主轴承负荷;采用两种计算模型和两种载荷边界条件对N485柴油机曲轴强度进行了有限元分析;提出了连杆轴承孔表面变形计算的快速方法-变形(柔度)矩阵法,应用该方法计算了N485柴油机连杆轴承孔表面变形.计算分析结果表明,直轴-轴承系统中轴承油膜压力分布形态对轴强度影响显著;载荷和位移边界条件的处理对曲轴强度刚度的有限元分析结果有很大影响;曲轴变形和主轴承负荷计算应该采用更接近实际的整体曲轴模型,梁单元整体曲轴模型可以进行简便、快速且较精确的计算预测;曲轴轴承的润滑分析应该考虑曲轴受载变形导致轴颈在轴承孔中倾斜的影响;虽然N485柴油机曲轴的工作应力范围在安全极限内,但该曲轴设计在结构尺寸和材料选择等方面仍存在进一步优化的潜力;变形(柔度)矩阵法计算连杆轴承孔表面变形快速、有效;连杆轴承孔表面有较大的径向变形,连杆轴承润滑分析应该考虑其影响.

3.期刊论文 吕彩琴. 苏铁熊. 狄建兵. 张自明 连杆小头油孔对连杆疲劳寿命影响的研究 -内燃机学报2002,20(4) 采用有限元方法对两种不同方案的连杆小头油孔(单油孔方案和双油孔方案)进行了分析.通过对其主要考查部位的应力、连杆大头、小头轴孔的纵、横向变形进行对比研究,并根据疲劳累积损伤原理对连杆各方案进行疲劳强度校核,发现双油孔连杆方案在变形和应力方面都有较好的改善.此外,还对双油孔连杆方案的两油孔夹角采用不同的角度(50°和60°)做了有限元分析对比,结果表明两油孔夹角为60°时,油孔的位置恰好能避开连杆小头的高应力区.建议若条件允许,连杆小头最好采用双油孔方案,且油孔夹角取60°左右为宜.

4.学位论文 江敏 B3E汽油机连杆的有限元分析 2003

当前,有限元技术在发动机零部件设计中发挥着越来越重要的作用,它不仅缩短了设计周期,而且也大大提高了设计精度.该文旨在应用有限元技术对B3E汽油机连杆进行静力分析,以研究连杆在不同情况下的应力、应变状态及其危险部位,为连杆的改进和设计提供可靠的依据.该文采用了

Unigraphics.3D软件进行实体几何建模,应用有限元前处理软件MSC.Patran对连杆模型进行网格划分、加载和约束的处理,然后提交到MSC.Nastran软件中进行计算分析,并再次应用Patran软件对连杆在两种危险情况下的应力和应变计算结果进行可视化处理.分析中采用了Patran中的多点约束(MPC)技术,有效地模拟了活塞销与小头孔内表面、曲柄销与大头孔内表面以及连杆体与大头盖接触面的力学接触状态,并对连杆进行合理的约束.最终,根据计算结果对该连杆的疲劳强度进行校核,总结了连杆在拉、压载荷作用下应力分布的一般规律.该文说明了有限元法在零部件设计中的实用性和重要性.同时,有限元法也将因之而更趋完善.

5.期刊论文 张铎泽. 侯发玲. ZHAN Duo-ze. HOU Fa-ling 195柴油机连杆有限元分析 -内燃机与动力装置2007,""(3) 当前,有限元分析技术在发动机零部件设计过程中发挥着越来越重要的作用,它不仅缩短了设计周期,而且也大大提高了设计精度.连杆是发动机中重要零件,也是易发生故障的零件,目前对它的设计、分析已广泛地采用有限元法.本文旨在应用有限元技术对195柴油机连杆进行静力分析,以研究连杆在不同情况下的应力、应变状态及其危险部位,为连杆的改进和设计提供可靠的依据.

6.学位论文 方丹 LJ276M电控汽油机连杆有限元分析及优化 2009

作为发动机重要零部件之一，连杆在工作过程中承受着大小和方向都呈现周期性变化的活塞销传来的气体作用力、本身摆动造成的连杆惯性力以及活塞组的往复惯性力。因此，连杆受到的是压缩、拉伸、弯曲等交变载荷，这就要求连杆具有足够的刚度和强度。当发动机动力性显著提高后，连杆承受着更高的气体压力，其结构也更容易遭受破坏，因此需对连杆进行分析以确定提升动力性后连杆是否仍满足强度和刚度要求。当前，随着计算机技术的日新月异，有限元技术在发动机零部件设计和分析中发挥着越来越重要的作用，因此本文运用有限元方法对LJ276M汽油机的连杆进行三维有限元结构分析，以研究连杆在不同情况下应力、应变和危险部位。

为此首先建立发动机示功图测取系统以获取进行有限元分析所需的示功图数据，然后以Pro/E为设计工具，以Pro/MECHANICA和ANSYS为分析平台，对LJ276M汽油机连杆进行结构分析及其性能优化设计。

文中运用Pro/E，基于特征建立了连杆的三维实体模型，对连杆实际受力情况、边界条件和施加载荷进行研究后，建立了连杆的有限元分析模型。通过分析计算，得到其在标定转速下最大压缩工况和最大拉伸工况的应力和位移结果。改为电控汽油机后，连杆在最大压缩工况下，其静强度安全系数n=2.059，杆身应力集中区域的最小拉压疲劳强度安全系数nσ=1.397，两者均大于其许用值，结果表明连杆在发动机缸内压力提高后其静强度和疲劳强度满足要求；然后进一步深入研究，对连杆的结构进行优化分析以确定在满足优化约束条件下连杆的最优化结构参数，与优化前相比，优化后电控汽油机连杆在最大压缩工况下最大应力值减少4.9％，静强度安全系数提高5.4％，因此优化后的连杆工作可靠性得到提高；最后进行连杆的模态分析，得到其固有频率和振型，从动态特性方面判断连杆工作的可靠性。

7.期刊论文 吕彩琴. 苏铁熊 4102ZQ柴油机连杆的改进研究 -车用发动机2001,""(4)

用有限元法对4102ZQ柴油机连杆两种设计方案(单油孔和双油孔)的主要部位的应力、连杆大头内孔和小头内孔纵横向的变形进行了对比研究;根据

Von Mises屈服条件对连杆进行了疲劳强度校核.结果表明,两种方案均可满足4102ZQ柴油机增压的要求,双油孔方案优于单油孔方案.

8.期刊论文 王金元. 施绍宁 基于ANSYS的康明斯6CT柴油机连杆失效分析 -内燃机配件2009,""(6)

柴油机曲轴转动是基本均匀的,但活塞连杆组的运动极不均匀,伴随着很大的加减速度,产生超重上千倍的惯性负荷,对连杆的强度和耐久性影响很大.本文对康明斯6CT柴油机连杆进行了三维有限元运动受力研究,分析导致失效的原因主要是某些区域的应力集中以及在多轴非比例或非同相循环应力的作用下的疲劳失效.由此,对连杆的生产工艺进行一系列的改进,提高其长期工作的可靠性.

9.期刊论文 王远. 朱会田. 曹永晟. 盛德号. 谷叶水. Wang Yuan. Zhu Huitian. Cao Yongsheng. Sheng Dehao. Gu Yeshui 基于有限元法的发动机连杆疲劳强度分析研究 -机械传动2010,34(3)

连杆在发动机工作过程中承受复杂的载荷.通过运动学和动力学分析获得连杆的载荷和边界条件,建立有限元模型.将复杂的连杆载荷分解为预紧工况、装配工况、爆压工况和惯性工况实施有限元计算,对其各种指标进行评价.将预紧工况、装配工况和惯性工况计算结果叠加,评价杆身与大头盖接触面的压力分布.最后采用基于有限元计算结果的疲劳分析方法获得连杆的疲劳安全因子分布,评价其疲劳特性.根据分析结果对连杆进行改进,获得了良好的效果.实践证明,该方法能有效地指导连杆的设计工作.

10.学位论文 郭茂 柴油机连杆三维有限元接触分析及改进 1998

该文系统地叙述并讨论了用有限元方法求解接触问题的相关模型和算法;总结了已有的对连杆工况、工界条件研究工作,建立了连杆详尽的三维有限元模型并对典型工况进行计算并进行了结果分析;根据疲劳理论,对连杆进行疲劳校核,研究了齿根裂纹故障产生的原因;在此基础上提出三个改进方案同时作了相应的分析与比较.该研究工作对柴油机连杆的设计具有一定的借鉴意义.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjzx200836034.aspx

授权使用：武汉理工大学(whlgdx)，授权号：249a4857-04a9-4ffa-af99-9e4e0158fb9d

下载时间：2010年12月16日

范文三：有限元分析理论及发动机案例分析

[摘 要] 本文首先介绍了现代设计方法中有限元仿真的基本理论，包括其基本思想和有限元的基本特。并介绍了有限元的发展历程及其趋势。最后通过对发动机盖的仿真分析，查看其各模态下的振型，表明了有限元仿真分析在现代设计方面的应用价值。 [关键词] 有限元;基本特征;发展趋势;发动机盖

一、有限元的基本思想

在工程或物理问题的数学模型(基本变量、基本方程、求解域、和边界条件等)确定以后，有限元法作为对其进行分析的数值计算方法的基本思想可简单概括为如下3点:

(1)将一个表示结构或连续体的求解域离散为若干个子域(单元)，并通过它们边界上的结点相互连接为一个组合体。

(2)用每个单元内所假设的近似函数来分片地表示全求解域的未知场函数。而每个单元内的近似函数由未知场函数(或其导数)在单元各个结点上的数值和与其对应的插值函数来表达。由于在联接相邻单元的结点上，场函数具有相同的数值，因而将它们作为数值求解的基本未知量。这样一来，求解原待求场函数的无穷多自由度问题转换为求解场函数结点值的有限自由度问题。

(3)通过和原数学模型(例如基本方程、边界条件等)等效的变分原理或加权余量法’建立求解基本未知量(场函数节点值)的代数方程组或常微分方程组。此方程组成为有限元求解方程，并表示成规范化的矩阵形式，接着用相应的数值方法求解该方程，从而得到原问题的解答。

二、有限元的基本特点

(1)对于复杂几何构型的适用性:由于空间单元上可以是一维、二维、三维的，而且每一种单元可以有不同的形状，同时各种单元可以采用不同的连接方式，所以，工程实际中遇到的非常复杂的结构或构造都可以离散为自由单元组合体的有限元模型。

(2)对于各种物理问题的适应性:由于单元内近似函数分片地表示求解域的未知场函数，并未限制场函数所满足的方程形式，也未限制各个单元所对应的方程必须有相同的形式，因此它适用于各种物理问题，例如线弹性问题、弹塑性问题、粘弹性问题、动力问题、屈曲问题、流体力学问题、热传导问题、声学问题、电磁场问题等，而且还可以用于各种物理现象相互耦合的问题

(3)建立于严格理论基础上的可靠性:因为用于建立有限元方程的变分原理或加权余量法在数学上已证明是微分方程和边界条件的等效积分形式，所以只要原问题的数学模型是正确的，同时用来求解有限元方程的数值算法是稳定可靠的，则随着单元数目的增加(即单元尺寸的减小)或者是随着单元自由度数目的增加(即插值函数阶次的提高)，有限元的近似程度不断地被改进。如果单元是满足收敛准则的，则近似解最后收敛于原数学模型的精确解。

(4)适合计算机实现的高效性:由于有限元分析的各个步骤可以表达成规范化的矩阵形式，最后导致求解方程可以统一为标准的矩阵代数问题，特别适合计算机的编程和执行。随着计算机硬件技术的高速发展以及新的数值算法的不断出现，大型复杂问题的有限元分析已成为工程技术领域的常规工作。

三、有限元的发展及趋势

国际上早在60年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序，但真正的CAE软件是诞生于70年代初期，而近15年则是CAE软件商品化的发展阶 段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进 行了大幅度的改进与扩充。这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性、可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求， 从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、 ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等

纵观当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势:

1、与CAD软件的无缝集成 为了满足工程师快捷地解 决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件(例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、 SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等)的接口。有些CAE软件为了实现和CAD软件的无缝集成而采 用了CAD的建模技术，如ADINA软件由于采用了基于Parasolid内核的实体建模技术，能和以Parasolid为核心的CAD软件(如 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks)实现真正无缝的双向数据交换。

2、更为强大的网格处理能力 自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据 有限元计算结果估计计算误差、重新划分网格和再计算的一个循环过程。对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单 元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要 条件。

3、由求解线性问题发展到求解非线性问题 众所周知，非线性问题的求解是很复杂的，它不仅涉及到很多专门的数学问题，还必须掌握一定的理论知识和求解技 巧，学习起来也较为困难。为此国外一些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解分析软件，如ADINA、ABAQUS等。它们的共同特点是具有高效的非 线性求解器、丰富而实用的非线性材料库，ADINA还同时具有隐式和显式两种时间积分方法。

4、由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解 对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向。

5、程序面向用户的开放性 随着商业化的提高，各软件开发商为了扩大自己的市场份额，满足用户的需求，在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资，但由于用户的要求千差万别，不管 他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定 义材料本构(结构本构、热本构、流体本构)、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等等。

四、 发动机盖仿真分析

目标是调查一个由18#钢制造的发动机盖的振动特性。它被固定在一个工作频率为1000 Hz的设备上。其形状如图所示:

、 假设 1

(1) 盖子被嵌套在一个圆柱形裙箍上，而且在螺栓孔处受到约束。为了模拟裙箍的接触区域，其表面被开了一个缺口(如图所示)。 在这个面上使用无摩擦约束来模拟接触区域 无摩擦约束限制了面的法向 因此轴向和切向位移是允许的，而不允许出现径向位移。

(2) 为了模拟螺栓连接处，需要在螺栓孔的边上使用固定约束

2、前处理

(1)导入模型，并进行设置以及施加约束

(2)求解模型

3、后处理

(1) 查看求解结果

(2)查看各阶频率下对应的振型

[参考文献]

[1] 张红松, 胡仁喜, 康士廷等编著 ANSYS 12.0有限元分析从入门到精通. 机械工业出版社 . 2010

[2] 张朝晖主编 ANSYS 12.0结构分析工程应用实例解析. 机械工业出版社 . 2010 [3] 高耀东主编 ANSYS机械工程应用精华30例. 电子工业出版社 .2010 [4] 梅顺齐, 何雪明编著 现代设计方法 . 华中科技大学出版社 . 2009

范文四：【案例分析】发动机前悬置有限元分析

关键字：有限元分析??冲击载荷

本文通过对某款发动机前悬置在垂直方向,侧向和轴向上受到的反作用力进行计算,计算结果表明悬置在工况载荷下应力小于低周疲劳强度限值，瞬时冲击载荷下应力小于屈服强度限值。前言

某款发动机现用前悬置在导入两种不同应用的发动机中时与空压机回油管干涉，重新设计了新的前悬置,需对新设计的前悬置进行FEA分析，判断新的前悬置是否满足设计要求。

分析假设

发动机前悬置会受到多种载荷，发动机点火时会对发动机悬置产生动态力，这些力可以通过设计合适的隔振垫使之最小化，外力如悬浮载荷，挖掘力，冲击等会导致支撑发动机及附件的结构出现偏转，隔振垫应该允许这些偏转而不会使发动机支撑受载，也就是说，发动机及附件应该可以允许独立偏转。此分析假设无明显的由这些因素导致的发动机支撑的应力。

任务来源及判定依据

1、安装载荷计算，计算悬置在垂直方向，侧向和轴向上受到的反作用力。

2、利用算得的反作用力作为有限元分析的输入进行应力分析，有限元分析得出的模型应力必须在材料限值范围内，要求悬置在工况载荷下应力必须小于低周疲劳强度限值，瞬时冲击载荷下应力必须小于屈服强度限值。

瞬时冲击载荷如下：

向上10g，向下8g，向右5g，向左5g，向前9g和向后9g

工况载荷如下：

向上6g，向下4g，向右2g，向左2g，向前4g和向后4g

悬置支反力计算

前悬置支反力与发动机重量及发动机附接设备的总重量相关。上下方向自由体受力图见下图。在此前悬置的应用中前悬置上下方向支反力RF及左右方向支反力RS与发动机重量及变速箱重量相关，悬置支反力计算输入：

　　图1 上下方向自由体受力图

发动机重量?? We=362×9.8N

应用一

L1=1149mm?? L2=175mm?? L3=882mm? Wt=156×9.8N

应用二

L1=1010mm?? L2=146mm?? L3=853mm? Wt=130×9.8N

表1 悬置系统在前后方向的静刚度

前悬置支反力计算公式：

根据静刚度的定义：静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，静刚度是力-位移曲线中力的变化量与位移变化量的比值，其计算公式为：

K=(F1-F2)/(S1-S2)

发动机及变速箱总成产生的前后作用力由前后减振垫承受，与前后减振垫的轴向静刚度成正比，通常更希望后减振垫的轴向刚度比前减振垫的轴向刚度大。

假定所有减振垫在轴向力作用下变形量相同。前悬置前后方向支反力Ra，RT代表尾部支撑支反力

则：Ra=KFAxDA

RT=KRAxDA

在1G轴向力作用下：2Ra 2RT=WE Wt

由于Rt/Ra=KFR/KFA

RT=(KFR/KFA)Ra，

所以2Ra 2(KFR/KFA)Ra=WE Wt

Ra(2 2(KFR/KFA)=WE Wt，

前后方向1G加速度下：

Ra=(WE Wt)/(2 2(KFA/KRA))

前悬置支反力计算结果：表2 前悬置支反力计算结果

　　注：此表中X为发动机水平方向，Y为发动机垂直方向，Z为发动机轴向方向

按上表结果，前悬置在X、Y方向受力，应用二发动机应用高于应用一发动机应用，而Z方向受力应用二发动机应用低于应用一发动机应用，接最恶劣工况计算，则X、Y方向受力采用应用二发动机应用受力，而Z方向受力采用应用一发动机应用受力。

则有限元分析采用的悬置支反力结果如下：表3 悬置支反力计算结果

　　分析步骤

　　材料属性表4 材料属性表

支撑及加载

分析模型包括前悬置，进水管座，及1/8缸体简化模型以减少单元数量减少计算时间，缸体与缸体剩下部分连接面固定，支反力加在减振块联接面上。

疲劳分析

EFR(Equivalent Fully-Reversed)应力是平均应力为零的交变应力，所产生的破坏与实际应力循环相当，EFR计算公式：

　　图2 悬置支架各点的平均应力及交变应力

疲劳分析可通过分别分析出悬置支架在前后，左右及上下服务工况下的应力，通过APDL编辑出的宏命令计算悬置支架各点的平均应力及交变应力，并按以上EFR计算公式即可算出悬置支架各点的EFR应力。

有限元分析结果

　　在服务载荷下，左右悬置支架的EFR值结果如下：

表5 左右悬置支架的EFR值结果

下图为左右悬置支架在Y向交变力作用下EFR应力分布云图

　　图3 左右悬置支架在Y向交变力作用下EFR应力分布云图

在冲击载荷作用下左右悬置支架的等效应力结果如下：

表6 冲击载荷作用下左右悬置支架的等效应力结果

下图为左右悬置支架在各工况下最大等效应力分布云图

　　图4 左右悬置支架在各工况下最大等效应力分布云图分析结果和建议

根据标准要求悬置在工况载荷下应力小于疲劳强度限值，瞬时冲击载荷下应力小于屈服强度限值。

此悬置在瞬时冲击载荷下最大等效应力327MPa，小于前悬置材料QT550的屈服强度379MPa，满足要求。

此悬置在各向交变力作用下，其EFR应力值最大为149MPa，小于前悬置材料QT550 250,000次循环对应的EFR限值(0.69*UTS=381MPa)，满足要求。

小编：图图

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范文五：发动机连杆有限元分析_李淑英

42科技资讯

科技资讯　 S C I E N C E 　 &　 T E C H N O L O G Y 　 I N F O R M A T I O N

2008　　NO.36

SCIENCE　&　TECHNOLOGY　INFORMATION

工　程　技　术

连杆的功用是将活塞承受的力传递给 曲轴, 并 将 活 塞 的 往 复 运 动 转 变 为 曲 轴 的 旋 转 运 动 。 在 发 动 机 工 作 时 连 杆 作 复 杂 的 平面运动。 连杆组主要受压缩、 拉伸和弯曲 等交变负荷。 因此,对发动机连杆的有限元 分析就变得尤为重要。

1　连杆有限元模型的建立

1.1连杆三维模型的建立

连杆的三维建模采用了汽车行业广为

使用的CATIA软件,连杆的CAD模型如图1。 1.2有限元模型的建立

连 杆 的 材 料 采 用45Cr,网 格 划 分 采 用 智能网格划分,选用8节点Solid45单元,划 分精度为8级。 连杆材料特性如表1所示。

2　连杆的静力分析

2.1连杆有限元分析的理论基础 [1]

当 连 杆 加 载 和 约 束 时, 利 用 力 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 时所需要的各单元应力及变形值。 2.2边界条件的处理施加

在 A N S Y S 中 , 载 荷 包 括 所 有 边 界 条

件

发动机连杆有限元分析

李 淑

英

(沈阳职业技术学院电气工程系　　沈阳　 　 110045)

摘　要:本文利用CATIA软件建立了连杆的三维模型,采用MODEL格式作为CATIA和ANSYS软件信息传递标准,将模型再导入ANSYS软件 进行有限元分析,通过分析得到了连杆在最大爆发压力作用下的位移和应力情况。 关键词:有限元法　　连杆　　ANSYS 中 图 分 类 号 :TK412文 献 标 识 码:A 文章编号:1672-3791(2008)12(c)-0042-01

图 2连杆加载和约束示意图 图 1连杆三维模型

以 及 外 部 或 内 部 作 用 效 应 。 对 于 不 同 的 分 析类型,所施加的载荷有所不同,本文采用 了 在 连 杆 上 直 接 施 加 均 布 载 荷 的 方 法 ,施 加力为7.86E-6Pa,如图2为施加载荷和约 束示意图。 2.3计算结果

经 过 计 算 连 杆 的 应 力 分 布 云 图 如 图3所示,连杆位移分布云图如图4所示。

3　结语

(1)最大位移出现在连杆小头圆孔处, 值为0.20822E-02mm,然后逐渐向内递减, 到连杆大头圆孔处为最小位移。

(2)最大应力出现在干与小头圆孔接触 处,值为5.866×106Pa,是整个连杆最危险 的部位, 应 采 取 相 应 的 表 面 处 理 手 段 进 行 强 化 。

参考文献

[1]赵经文,王宏钰.结构有限元分析[M].

北京:科学出版社,2001.

[2]陈家瑞.汽车构造[M]. 北京:机械工业

出版社,2005.

[3]孙连科,唐斌,薛冬新,宋希庚.6110柴

油机连杆的三维有限元分析[J].车用发 动机,2007(2).

[4]胡云萍,毛华永.6160柴油机连杆三维

有限元分析[J].山东大学学报,2006(2).

图 4　 第 6气缸爆发连杆位移云图

图 3　 连杆应力云图

表 1　 材料特性

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