柴油机连杆受拉工况有限元分析设计（毕业论文）.doc

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1、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

2、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Abstrac

3、tANSYS (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, bridge

4、s, 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 m

5、ade 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

6、 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 metho

7、d .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, divid

8、ing 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 thre

9、e-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目 录摘 要2Abstract3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

10、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164.3 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

11、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3537基于ANSYS对柴油机连杆受拉工况有限元分析毕业设计（论文）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

12、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

13、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Rayleig

14、h 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。1.3 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

15、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