柴油机连杆受拉工况有限元分析设计[机械毕业论文-答辩通过]

宁南南京林业大学毕 业 设 计 (论 文 )基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析所 在 学 院专 业班 级姓 名 张重阳学 号指 导 老 师基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）2摘 要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。连杆是柴油机的重要构件和主要运动件，其结构形状和受载状况都很复杂。连杆的可靠性和寿命在很大程度上影响着柴油机的可靠性和寿命。对连杆进行的结构分析，国内外已有大量的文献。有限元法是计算力学各种方法中影响最大、应用最广泛的一种数值计算方法，是国内外进行结构分析普遍采用的方法。本设计是基于 ANSYS 软件来柴油机连杆进行分析。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。正是因为上述优点，我在本设计中运用 PROE 来建立三维模型。再将此模型导入ANSYS 软件来对其进行分析。关键词：连杆，三维建模，ANSYS ，静态分析优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763AbstractANSYS (finite element) package is a multi-purpose finite element method for computer design program that can be used to solve the structure, fluid, electricity, electromagnetic fields and collision problems. So it can be applied to the following industries: aerospace, automotive, biomedical, bridges, construction, electronics, heavy machinery, micro-electromechanical systems, sports equipment and so on. Diesel engine connecting rod is the most common a regular part, the part structure is simple, convenient operation, high precision, low prices, it has been widely used. At present, many have made the appropriate Transmission shaft improvements, it has been greatly enhanced applicability.The connecting rod, important part and mainly moving component of diesel engine, has complicated structural shape and loading condition .To a large extent, the reliability and using life of the connecting rod has a great effect on diesel engine. At home and abroad, there are masses of literature about structure analysis of the connecting rod. The Finite Element Method is one of numerical calculation methods in computational mechanics, which has the biggest influence and is the most widely used method .And also ,it is a normal way about structure analysis.The design is based on ANSYS software to Transmission shaft by the line of spindle. Compared with the traditional calculation, computer-based finite element analysis method can be faster and more accurate results. Set the correct model, dividing the right grid, and set a reasonable solution process, analytical model can accurately access the various parts of the stress and deformation results. On the part of the design and optimization has great reference. It is because of these advantages, the use of this design in my UG to create three-dimensional model Transmission shaft. Then this model was introduced by the ANSYS software to its line of analysis. Key Words: The connecting rod，three-dimensional modeling ，ANSYS，static analysis基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）4目 录摘 要.2Abstract.3目 录.4第 1 章 绪论.61.1 有限元简介 .61.2 有限元特点 .61.3 有限元步骤 .71.4 有限元发展趋势 .81.4.1 与 CAD 软件的无缝集成 .81.4.2 更为强大的网格处理能力 .81.4.3 由求解线性问题发展到求解非线性问题 .91.4.4 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 .91.4.5 程序面向用户的开放性 .91.5 ANSYS 的主要功能 .10第 2 章 课题任务和分析方法.112.1 课题的研究背景及意义 .112.2 课题任务 .112.3 分析方法 .122.4 本课题的研究方法 .12第 3 章 连杆受拉工况分析.133. 1 问题的简化 .133. 2 几何形状的简化 .133. 3 计算工况的选择 .133. 4 表面载荷的处理 .14第 4 章 柴油机连杆研究对象.154.1 柴油机连杆模型研究对象 .154.2 柴油机连杆 3D 模型建立及处理 .16优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397634.3 边界条件 .17第 5 章 柴油机连杆的有限元分析.185.1 有限元分析的基本步骤 .185.2 有限元分析过程与步骤 .185.2.1 转换模型格式 .185.2.2 具体操作步骤如下 .215.2.3 后处理图解 .285.2.4 总结和柴油机连杆的优化设计分析 .32总结与展望.33参考文献.34致 谢.35基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）6第 1 章 绪论有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。1.1 有限元简介有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似 解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件） ，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大 多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。1.2 有限元特点有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20 世纪 60 年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough） 教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz 法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz 法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的 Rayleigh Ritz 法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数） ，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有 限元法优于其他近似方法的原因之一。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397631.3 有限元步骤对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为： 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离 散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有 限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。 第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵） 。 为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。 对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。 第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组） ，反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。 第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。 简言之，有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）81.4 有限元发展趋势纵观当今国际上 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：1.4.1 与 CAD 软件的无缝集成 当今有限元分析软件的 一个发展趋势是与通用 CAD 软件的集成使用，即在用CAD 软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到 CAE 软件中进行有限 元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。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。 1.4.2 更为强大的网格处理能力 有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部 分。由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的 正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实 体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划 分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。自动六面体网格划分 是指对三维实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射、拖拉、扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适 用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果 使用中间节点将会引起求解时间、收敛速度等方面的一系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。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，在整个求基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763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。 1.4.3 由求解线性问题发展到求解非线性问题 随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、 裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求 解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性） ；而对塑料、橡胶、陶瓷、混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材 料的塑性、蠕变效应时则必须考虑材料非线性。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。 1.4.4 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。例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题,需要结构场和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即热力耦合 的 问题。当流体在弯管中流动时，流体压力会使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解， 即所谓流固耦合的问题。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。 1.4.5 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，允许基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）10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。 关注有限元的理论发展，采用最先进的算法技术，扩充软件的性能，提高软件性能以满足用户不断增长的需求，是 CAE 软件开发商的主攻目标，也是其产品持续占有市场，求得生存和发展的根本之道。1.5 ANSYS 的主要功能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，目前，有限元法从它最初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析 ，也可以用于7动态分析，还可以用于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。8前处理模块前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。ANSYS 的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。分析计算模块分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析） 、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了 200 种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763第 2 章 课题任务和分析方法2.1 课题的研究背景及意义柴油机连杆组的功用是将作用在活塞上的气体压力传递给曲轴，并将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。连杆小头和活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，连杆杆身作复杂的平面摆动。连杆是发动机的一个重要组成部分，工作中经受拉伸，压缩和弯曲等交变载荷的作用。其结构复杂，工作条件恶劣，对连杆组的结构分析和设计是一项很困难的工程。传统设计方法使用的材料力学公式很难计算出这种复杂构件的应力和变形状态，而有限元法以其独特的特点，能够对结构形状和受载方式复杂的构件进行分析，被广泛地应用在内燃机工程中。连杆必须具有足够的结构刚度和疲劳强度。即在力的作用下，杆身不应该被显著压弯；连杆大小头孔应该不致显著失圆。杆身弯曲会使活塞相对于气缸、轴衬相对于轴颈发生歪斜；孔的失圆会使轴承失去正常配合。如果连杆的刚度不足，在运转过程中一旦发生连杆杆身、大端盖和连杆螺栓断裂，就会使柴油机遭到严重的破坏。近年来，国内外内燃机行业从业者及学者对柴油机连杆的有限元分析进行了大量的研究，归纳起来主要集中在以下几个方面：连杆有限元强度应力分析、可靠性分析、动响应分析、优化设计。连杆是不规则的空间结构，对连杆的有限元分析经历了从二维到三维，从简化模型到装配模型的过程，目前关于连杆的有限元分析一般都是基于结构的三维实体模型进行的，随着有限元技术与商业软件的不断完善，许多研究人员已经开始使用接触有限元法进行连杆的应力分析并取得了很多可贵的成果，连杆的精细有限元分析是人们越来越关注的问题。2.2 课题任务利用有限元软件 ANSYS10.0 的结构分析模块对柴油机连杆进行有限元分析。通过建立柴油机连杆的几何模型、有限元模型，对分析模型进行平面静力分析和柴油机连杆分析，学会对有限元分析结果进行分析和优化。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）122.3 分析方法依照图示的此种方法对柴油机连杆柴油机连杆应力进行仿真分析。在分析柴油机连杆的应力是需要注意的是右图在划分网格类型和定义边界条件中间所应夹一接触对的建立的方框，对于应力仿真分析大致与右图的分析方法一致。2.4 本课题的研究方法由于 ANSYS 自身的建模比较繁琐，采用借助第三方 3D 设计软件建立模型，然后导入到 ANSYS 分析，也是目前比较公认的快捷方法。本课题借助 PROE 设计 3D 模型。选择网格类型、划分网格定义边界条件、加载创建模型定义材料属性、单元类型做结构静态分析获取应 力分布 拾取应变值仿真分析结束仿真结 束 改变实 体参数基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763第 3 章 连杆受拉工况分析3. 1 问题的简化在内燃机工作时,连杆作复杂的平面运动,它受到的力是周期变化的。本软件模拟最恶劣的工况进行计算,即把连杆的受力状态固定在工况最恶劣的瞬时,化为在静力作用下的应力分析问题来处理。在连杆的两个侧面并无外力作用,连杆的长度又远大于厚度,因此,本软件把连杆的应力分析问题简化为变厚度的应力问题来处理。为了计算方便,计算时把连杆与大头和大头盖作为整体处理。3. 2 几何形状的简化本软件首先把连杆的外缘作为求解区域,然后把连杆区分成若干厚度近似的区域,再按不同区域划分单元,把每个区域的平均厚度确定为该区域的厚度数据。单元形状采用 8 节点等参元。自动前处理的核心是有限元的自动划分和边界点自动搜索。自动划分出的单元不能有畸变,其面积必须大于零,且单元之间又不能出现缝隙。因此划分单元前须在计算域上选定若干特征点,由这些特征点生成若干条互不相交的特征线,在此基础上再生成有限元网格。当然上述工作也是由程序自动实现的。边界点的确认是载荷自动处理的前提,也是后处理绘制计算结果的起点。根据 8 节单元的形态,可以确认边界上的点只能为一个或两个单元所共用,而内部点至少为两个以上单元所共用。由此即可自动搜索出所有边界点。3. 3 计算工况的选择本软件可以计算最大受拉、压两种工况下的连杆应力和变形。(1) 最大受拉工况:取进气开始时刻的最大惯性载荷作为连杆的最大受拉工况,此连杆小头受到的是活塞组 W1 的最大往复惯性力:连杆大头则是承受活塞组 W1 和连杆小头 W2 往复惯性力及连杆大头 W3 产生的回转惯性力:基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）14式中PJ1max , PJ2max , P3 分别为活塞组、连杆小头和连杆大头的惯性力;W1 、W2 、W3 分别为活塞组、连杆小头和连杆大头的重量 ;= rPl 为曲柄半径和连杆长度之比; 为曲轴角速度; g 为重力加速度。（2) 最大受压工况:气缸内气体最大爆发压力的一瞬间,此时连杆承受最大压力以及活塞组和连杆本身的惯性力。这时连杆小头载荷为:Pk1 = Pzmax - PJ1max (3)连杆大头载荷为:Pk2 = Pzmax - ( Pj1max + Pj2max + P3 ) (4)式中Pzmax 为气缸内最大气体爆发压力。3. 4 表面载荷的处理上述最恶劣工况的拉力或压力都是由活塞销(或连杆轴颈) 通过衬套(或轴瓦) 传递给连杆的小头或大头的。假设载荷分布在张角为 2A 的圆弧上(见图 1) ,且在接触面的中心分布力密度最大记为 PC ,这个密度随着张角增大按余弦函数规律减少,在接触面的边缘,即张角为 A 处,力密度降低为零。若记张角为 处的表面力密度为 P ,则力的密度分布规律为:设已知的对单位厚度连杆的拉力(或压力) 为 P ,根据力平衡原则有:解之得基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763求得力密度后就可以得到张角为 1 、2 间的一段弧上表面力的合力的两个方向的分量:用有限元法计算时需把上述接触表面的作用力化成为节点力。第 4 章 柴油机连杆研究对象4.1 柴油机连杆模型研究对象本文以某柴油机厂生产的 195 柴油机连杆为研究对象，建立了连杆轴的三维有限元分析模型，采用对连杆进行有限元分析，得出了连杆的应力分布情况，并与试验结果相对比，以验证模型和计算方法的有效性。根据有限元计算结果对连杆的可靠性进行了验证，并对连杆进行了优化设计，解决了原连杆可靠性低的问题。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）164.2 柴油机连杆 3D 模型建立及处理建立准确、可靠的计算模型，是应用有限元法进行分析的重要步骤之一。在进行有限元分析之前，应尽量按照构件真实的尺寸和外观来建立有限元分析模型，但对结构复杂的构件，完全按照实物结构来建立计算模型，进行有限元分析有时会变得非常困难，甚至是不可能的，因此在不影响计算完整性的前提下可对构件进行适当的简化。计算模型简化的结果，只能近似地反映实际情况，或者说，计算模型的计算结果在不同程度上存在着误差。一般说来，因模型带来的误差远比有限元计算方法本身带来的误差大得多。所以，结构的有限元计算的准确性在很大程度上取决于计算模型的准确性。本课题研究使用 PROE 作为研究建立 3D 模型，建立的 3D 模型如下：建立准确、可靠的计算模型，是应用有限元法进行分析的重要步骤之一。在进行有限元分析时，应尽量按照实物来建立有限元分析模型，但对结构复杂的物体，完全按照实物结构来建立计算模型、进行有限元分析有时会变得非常困难，甚至是不可能的，因此可进行适当的简化。计算模型简化的结果，只能近似地反映实际情况，或者说，计算模型的计算结果在不同程度上存在着误差。一般来说，因模型带来的误差要比有限元计算方法本身的误差大得多。所以，结构的有限元计算的准确性在很大程度上取决于计算模型的准确性。为了较准确地计算出连杆的应力情况，本文的连杆计算模型只对连杆螺栓做了简化处理：包括将连杆大头看成一个整体，不考虑连杆螺栓，基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763根据连杆的实际结构尺寸建立三维计算模型，包括连杆体、连杆盖、活塞销、连杆颈的模型。修改后的 3D 模型如下图所示。4.3 边界条件根据该型号工厂提供的参数得到如下条件：工作载荷气缸爆发压力：Pg=pD 2=131.4KN 式中：p 为气缸内压强；D 为缸径惯性力： 连杆小头惯性力， Pj=16.8KN，与发动机工作转速（3000rpm）相对应。连杆大头惯性力， Pj=30.9KN，与发动机工作转速（3000rpm）相对应表1列出了计算中采用的材料性能数据。零件 材料 弹性模量E(N/mm2) 泊松比 抗拉强度 b(Mpa) 疲劳强度 -1(Mpa)连杆 40Cr 206000 0.3 890 350 基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）18第 5 章 柴油机连杆的有限元分析5.1 有限元分析的基本步骤预处理阶段：（1）建立求解域并将之离散化成有限元，即将问题分解成节点和单元。（2）假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解的近似连续函数。（3）对单元建立方程。（4）将单元组合成总体的问题，构造总体刚度矩阵。（5）应用边界条件、初值条件和负荷。解决阶段：（6）求解线性或非线性的微分方程组，以得到节点的值。后处理阶段：（7）得到其他重要的信息。5.2 有限元分析过程与步骤5.2.1 转换模型格式需要把 UG 的模型转化为 ANSYS 可以读取的方式。选择保存方式为*.x_t 格式的文件。1、从程序中启动 ANSYS10.0 的界面。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397632、打开 ANSYS 窗口。3、ANSYS 分析目录一旦设定好，以后 ANSYS 软件操作所产生的所有文件都将存放在此目录下，建议对不同的分析用不同的工作目录，这样可确保每次分析所产生的文件不会覆盖的危险。如果没有指定工作目录，默认的工作目录为系统所在盘的根目录。工作目录设置方式有两种：基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）20 在进入ANSYS软件之前通过入口选项所进行的设置； 进入ANSYS软件后，可通过如下方法实现： 命令方式：在命令输入窗口中输入/CWD, DIRPATH（重新指定的工作目录）； GUI方式：Utility MenuChange Directory，在弹出的对话框中填入指定的工作目录，单击【确定】按钮。如图所示。调入我们刚才保存的*.x_t 文件。6、建立结构分析模式。命令方式：/KEYW （重新指定的分析标题）；GUI 方式：Main MenuPreference，在弹出的如图所示的对话框中框中选取某个选项使以后出现的图形界面中过滤掉与选定分析选项无关模块的内容，本书主要讲述结构分析，因此选取 Structural(结构 )基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397637、选取和定义单元.下面将给出添加单元类型具体的 GUI 操作路径，对于单元的选项，由于和具体的单元类型有关，在这里将不做具体的介绍。此处以添加 PLANE42单元作为例子来介绍添加单元的操作步骤。5.2.2 具体操作步骤如下依次选择 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 命令，弹出 Element Types(单元类型)对话框，如图所示。如果想改变单元的其他输入选项（即上文提及的 KEYOPTs）单击【Options】按钮。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）22出现如图所示的 element type options（单元类型选项）对话框。确定后单击【OK】按钮，如有需要了解各设置的具体说明，可查看 ANSYS 帮助文件。返回到如图所示的对话框后单击【Close】按钮，结束单元类型的添加。8、定义材料属性单击MainPreprocessorMaterial PropsMaterial Models弹出定义材料属性对话框如图所示，填入EX： 2.06e5、PRXY：0.3，在Structural下单击Friction Coefficient弹出如图所示对话框，填入Mu：0.3.，至此材料属性定义完成，下一步进入网格划分。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397639、网格划分实体建模的最终目的划分网格以生成节点和单元，生成节点和单元的网格划分过程分为两个步骤：（1）定义单元属性；（2）定义网格生成控制并生成网格。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）2410、求解与加载在面上施加约束：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Aears，弹出一个拾取框，在图形上拾取面，单击 OK 按钮，在 Lab2 DOFs to be constrained 后面的选择栏中选择 ALL DOF 项，单击 OK 按钮。固定约束类型基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763对话框提示基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）263施加载荷这里说的“载荷”是一个广义的载荷，包括了施加在物体上的边界条件、初始条件等，例如加在模型上的各种载荷、固定支撑等。如果是动力学分析，还包括速度、加速度等。如果是热或流体分析。热源、冷源、层流、湍流等都是施加到模型上的载荷。这些载荷应该能够最直接地反映出物体所处的环境与物体当前的状态。本文具体研究了如何对转向节施加载荷。首先，对转向节进行受力分析，转向节大轴颈处受到轮胎经轴承传递过来的法向反力和切向反力.具体操作如下：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyPressureOn Aears，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为 164 的面，单击 Apply 按钮，弹出 Apply PRES on areas 对话框，在 Load PRES value 后面的输入栏里输入载荷， 单击 OK 按钮。施加力约束继续施加载荷，Main MenuSolutionDefine LoadsApplyPressureOn Aears，弹出一个拾取框，在图形选面，单击 Apply 按钮，弹出 Apply PRES on areas 对话框，在 Load PRES value 后面的输入栏里输入数据, 单击 OK 按钮。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763施加力的图（放大模式）基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）28静态分析设置求解方法设置求解结果提示。Main MenuSolutionSolveCurrentLS，开始求解运算，运算结果为：基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397635.2.3 后处理图解显示节点位移云图Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 DOF SolutionDisplacement vector sum，单击 OK 按钮。得到节点位移云图如图所示。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）30Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 DOF SolutionX-Componentof displacement，单击 OK 按钮。得到节点位移云图如图所示。Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 DOF SolutionY-Componentof displacement，单击 OK 按钮。得到节点位移云图如图所示。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 DOF SolutionZ-Componentof displacement，单击 OK 按钮。得到节点位移云图如图所示。显示节点应力云图：Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 StressVon Mises Stress ，单击 OK 按钮。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）32显示节点应力云图：Main MenuGeneral PostprocPolt ResultsContour PlotNodal Solu，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，在 Item to be Contoured 中选择 StressStress intensity，单击 OK 按钮。基于 ANSYS 对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 13041397635.2.4 总结和柴油机连杆的优化设计分析本文通过对柴油机连杆精确建模，进而进行受拉应力分析，得出如下结论：通过应力云图可以看出柴油机连杆在中心部位处属于应力集中，最容易