本科毕业论文 (2)

机械学院毕业（论文） 题    目：          基于有限元连杆受力分析                  专    业：                车辆工程                    班    级：              2011级2班                    姓    名：                钟望                     学    号：              1608110230                    指导教师：                陈皓云                    日    期：            2015年5月28日                  目录 1引言    1 1.1.论文研究目的、现状及意义    2 1.1.1论文研究的目的和意义    2 1.1.2 发动机连杆研究现状    2 1.1.3 论文研究的意义    2 1.2 论文研究主要内容    2 1.3 发动机连杆运动分析    3 1.4 发动机连杆的三维模型建立    3 2基于ANSYS发动机连杆的有限元分析    4 2.1 ANSYS的简介    5 2.2汽车连杆的三维实体建模    6 2.2.1 连杆杆身以及小头结构的三维实体建模    6 2.2.2 连杆大头结构的三维实体建模    6 2.2.3 机体组子结构的三维实体的建模    7 3连杆ANSYS有限元分析    8 3.1 启动ANSYS    8 3.2 导入连杆组建到ANSYS    8 3.3 进行网格的添加    9 3.4载荷的施加    11 3.5 求结果操作    13 3.6 改进办法    18 小结    18 致谢    19 参考文献    20 基于汽车连杆的有限元分析 摘要：目前连杆的计算强度都是采取有限元分析的方法进行的。本文将对捷达EA113汽油发动机连杆作为研究对象，模拟汽车发动机的工作情况，推算出连杆在汽车发动机工作时，可能会出现的最大载荷，并模拟于Ansys有限元分析软件，对其进行合理的力学分析。并借助Pro/Engineer软件对其进行了绘图。同时，通过对连杆进行有限元的分析，我们可以更清楚的了解到连杆在工作的过程中可能会出现的断裂等危险情况。所以，为了提高连杆的强度和刚度，我们不能简单的依靠增大尺寸。因为连杆的重量的增加也会导致其惯性力的增大，所以我们设计的总体要求就是在减轻结构的条件下提高足够的刚度和强度！利用Ansys软件的Mechanical APDL模块进行有限元分析得出相关的力学数据。 关键字：汽油机发动机连杆、运动学、有限元分析、Ansys Mechanism 1引言 近半个世纪来，随着计算机技术的快速发展以及其广泛的应用和有线元理论的不断完善，出现了许多的有限元软件。例如ANSYS,ALGOR等等。 ANSYS作为一款大型的有限元分析软件，在各个领域得到了充分的应用，能够进行结构﹑热﹑流体﹑电磁以及人体力学等方面有诸多的应用。而Pro/ENGINEER﹑CATIA等三维软件则广泛的应用在机械制造﹑汽车﹑船舶﹑土木工程﹑铁路等领域。ANSYS是第一个通过IOS9001质量认证的大型有限元分析软件，是美国机械工程师协会的分析软件也是近20种专业技术协会认证的标准分析软件。 [1] 1.1.论文研究目的、现状及意义 1.1.1论文研究的目的和意义 连杆机构作为发动机动力推进系统的重要组成部分，了解其运动学和动力学特性，有利于更深刻的认识发动机的工作过程、同时也可以在减轻连杆质量的同时提高其刚度和强度。设计合理的结构和尺寸，所以我们需要用其ANSYS有限元分析的软件对其进行生产前的分析，使我们设计的产品更加的合理可靠。 1.1.2 发动机连杆研究现状 连杆在汽车的运动的过程中将活塞上所受到的力传递给曲轴变成转矩，维持发动机不断的工作。目前，我国的发动机连杆的制造技术与国外相差不大，但是我国在连杆的高强度，低重量的方面与国外还有较大的差距。 1.1.3 论文研究的意义 伴随近年来计算机技术的飞速发展，大内存、高处理速度计算机的普及， 计算机建模软件功能也日益完善和强大，使得建立复杂三维实体模型、基于三维有限元模型进行有限元分析成为可能，为整个产品的制造缩短了其制造的时间和成本。通过有限元软件的分析，使我们需要进行的数学分析大为简化。 因此，在先进的计算机软、硬件技术成熟的条件下，跟随时代的发展，适时的将它们应用于发动机的研究，既具有现实意义，且符合时代发展趋势。 1.2 论文研究主要内容 本文以捷达EA113发动机连杆为研究对象，借助主流软件Pro/ENGINEER对其进行了三维建模，并在建模之后利用ANSYS软件对其进行了有限元分析。具体工作如下： (1) 利用软件Pro/ENGINEER建立连杆的三维模型，包括连杆的大头，杆身和连杆小头结构等，全面深入地了解发动机连杆的结构特点并以此为基础完成发动机连杆的有限元分析； (2) 利用ANSYS软件对发动机连杆进行力学分析，并录制视频动画有效观察，同时对有限元分析的结果进行自己的分析。 1.3 发动机连杆运动分析 发动机的连杆是发动机的重要机构，它包括连杆大头、杆身、连杆小头等组成，与活塞和曲柄一起做往复运动。其具体的参数有：连杆杆长L，连杆小头的孔径d和宽度b,连杆大有孔径D和宽度B。图1-1所示即为其运动分析示意图。[2] 图1-1 发动机连杆运动分析示意图 1.4 发动机连杆的三维模型建立 本论文以捷达EA113汽油发动机的连杆作为分析对象,其具体参数如1-4-1所示（单位mm）： 表1-4-1 发动机连杆参数表 连杆大头 杆身 连杆小头 外径D=56.36 杆长L=149 外径D=30.73 内径d= 50.30 杆厚H=18 内径d=24.20 厚度H=26.73 ／ 厚度H=26.73       图1连杆结构式意图 2基于ANSYS发动机连杆的有限元分析 对于汽车连杆的有限元分析我们是利用ANSYS软件来分析的。其具体的分析过程有以下几步： 1、网格的划分 ANSYS提供了使用便捷，高质量的对三维模型进行了网格划分功能，包括延生划分，映像划分，自由划分和自适应划分4种网格划分的方法。网格的划分就相当于我们对模型的简化和独立的分析，利用数学的微元思想对划分的网格进行受力分析。同时ANSYS提供了如下的分析类型：结构静力分析，结构动力学分析，结构非线性分析，动力学分析，热分析，电磁场分析，流体动力学分析，声场分析，压电分析。这里我们使用的是结构静力学分析。 2、加载 在ANSYS中的加载方式有两种，一种是直接在有限元分析的模型上加载，另一种是在实体模型上加载。我们是在实体模型上加载的，因为实体加载操作更方便。有连杆的动力学分析可知，当连杆运动到上止点时，此时连杆受到的气体作用力和惯性力达到最大值，故我们只对此时连杆进行有限元分析，对于连杆的小头的内圆的下半部分进行载荷的施加。 3、求解 我们用过前面的两个步骤就可以对连杆进行受力的求解，得到我们需要的结果。 4、后处理 有限元方法分析问题得到的是数值结果，要想从这些数值中出各种场量的变化规律，并不容易，工作量非常大。则有限元分析软件的突出优势就是后处理部分，将分析有效快捷的呈递给用户。但是ANSYS的后处理仅是用于检查分析结果工具。仍然需要工程能力来分析处理的结果。 2.1 ANSYS的简介 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Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 1．ANSYS的基本模块功能： @ANSYS MultiphysicsTM产品功能          @结构分析功能