基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析

基于ANSYS的连杆的三维有限元分析

第37卷第1期2008年2月小型内燃机与摩托车S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLEVo.l37No.1Feb.2008基于ANS YS的连杆的三维有限元分析代伟峰樊文欣程志军(中北大学振动与噪声研究所山西太原 030051)摘要:用有限元软件ANSYS对某军用发动机连杆进行了三维有限元分析,确定了连杆的最大应力部位和疲劳安全系数,为此发动机连杆的可靠性设计提供了依据。

关键词:有限元分析疲劳连杆应力疲劳安全系数中图分类号:TK413.3 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)01-0048-03The3D Finite E lem ent Analysis of D iesel Engi neConnecti ng Rod Based on ANS YSDa iW eife ng,FanW enxin,Cheng Zhij unI nstitute o fV ibration Shock&No ise,North Un iversity of Ch i n a(Taiyuan,030051)Abst ract:I n this paper,w ith the ANSYS,the stress of the eng i n e connection r od is analyzed by usi n g3D fi n ite e le m entm ethod,and the positi o n of the m ax i m u m stress and t h e safe coe ffi c ient o f fati g ue are calcu l a ted. Based upon the results,the reliable design o f the connection rod is i m pr oved.K eyw ords:F i n ite ele m ent ana l y sis,Fati g ue,Connecti n g rod,Stress,Fati g ue safety factor引言连杆是连接发动机活塞与曲轴的一个重要零件,工作中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,在发动机设计时,要保证连杆具有足够的结构刚度和疲劳强度。

基于ANSYS的发动机连杆分析设计

第２４卷第６期
２１０１年１１月
Ｄｅｅｏｍｅｔ＆Ｉｎｖｔｎｏｃｉｅｙ＆ＥｅｔｃｌＰｏｕｔｖｌｐｎｎｏａｉｆｏＭａｈｎｒｌｃｒａｒｄｃｓｉ
机电产品开发与新
ＶＯ．４，．ＩＮＯ５２
约为２７５１６２Ｎ；② 活塞组的惯性力包括活塞、活塞环、
活塞销、活塞销卡环，其总质量记为Ｍ，以活塞加速度ｉ作变速直线运动，则活塞组的惯性力为一
收稿日期：２１ — ９２０１０ — ０作者简介：朱同波（９６）男，高校教师。研究方向：机１８－，械设计制造；吴传富（９７，男，高校教师。研究方向：１８－）
通信工程。
长期使用中。会因活塞的剧烈推力和曲轴的高速运转等因素，致使连杆出现弯曲和扭曲等现象。为此连杆必须有足够的刚度。
此，有限元法在动力机械中得到了越来越广泛的应用，
模型是在静力分析模型的基础上，通过考虑其体积而对
载荷重新计算和模型处理后得到的。由于计算模型与实
并取得了实际的效益。
际结构、工作情况比较接近．计算应力值比较符合实
２２连杆几何实体模型的建立．
本文所研究的汽车连杆如图１示，连杆的厚度为所０５ｎ，图中标注尺寸的单位均为英制。在小头孔的内测．ｉ９。罔内承受Ｐ１０ｐｉ面载荷作用，利用有限元０范＝００ｓ的分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性为杨氏模量．Ｅ干２ＯＰａ泊松比为０３０ＧＩ。由于连杆的结构和载荷均对称．因此在分析时只需采用一半进行分析。在ＡＳＳ中采用由底向上的建ＮＹ模方式．用２０节点的ＳＬＤ５单元划分网格并用ＰＧＯＩ９Ｃ求解器求解。图２用ＡＳＳ软件直接建立的连杆实体ＮＹ

基于ANSYS的发动机连杆分析设计

·制造业信息化·收稿日期：2011－09－20作者简介：朱同波（1986-），男，高校教师。

研究方向：机械设计制造；吴传富（1987-），男，高校教师。

研究方向：通信工程。

0引言对连杆进行了三维准静态有限元分析研究，其计算模型是在静力分析模型的基础上，通过考虑其体积而对载荷重新计算和模型处理后得到的。

由于计算模型与实际结构、工作情况比较接近，计算应力值比较符合实际，基本上能较准确的分析出连杆的受力情况，且能实时知道连杆各个节点的受力状况，从而可以分析计算出连杆所能承受的最大载荷及其分布部位。

1概述1.1有限元分析的优点动力工程中的动力机械，由于要完成各自独特的功能，一般都有着比较复杂的结构形状，其中有相当大一部分结构，其所处的工作条件也十分复杂。

采用传统的力学方法只能近似地反映其受力状况以及变形清况，远不能满足进一步分析的需要。

有限元法的出现，给动力机械的结构分析提供了一种可靠的理论计算方法。

有限元分析是一种预测结构的偏移与其它应力影响的过程，由于有限元法的一个独特的优点是可以求解结构形状和边界条件都相当任意的力学问题。

因此，有限元法在动力机械中得到了越来越广泛的应用，并取得了实际的效益。

有限元分析具有模型修改方便，计算速度快的特点，而且能够模拟一些难以用实验模拟的工况，计算结果对力学因素的反应不受到试样材料缺陷和加工质量的影响，因而评估结果更清楚。

1.2连杆的工作条件连杆是内燃机组成的重要传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，并将活塞所受的气体爆发力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出作功。

连杆工作的小端作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。

连杆是承受负荷最严重的零件之一，同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆疲劳破坏。

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。

它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。

本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。

1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。

它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。

1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。

（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。

（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。

在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。

（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。

（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。

（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。

Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。

我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。

基于ANSYS Workbench车用柴油发动机曲轴强度有限元分析

曲轴建模参数如下：
曲轴受热胀冷缩的影响，所以对曲轴大端进行Ｘ㊁Ｙ方向的约束㊂
（１）主轴径直径Ｄｊ＝１００ｍｍ；（２）连杆轴颈直径ｒ＝８２ｍｍ；（３）活塞直径Ｄｐ＝１２６ｍｍ；（４）爆发压ｐｍａｘ＝１３�� ５ＭＰａ；（５）连杆质量ｍｒ＝３�� ６３９ｋｇ；（７）连杆中心距Ｌ＝１５３ｍｍ；
２６．５３９
２
２８．７４５
３
７．７９９７
１５２．００
４
表２㊀固有频率计算结果
１７４．５８５３０８．９４６
９．１３５０７．７６０５
９．３８９０８．３９９９
４０４．４５
７
４４２．９９
８
９．５９２９
５７８．５３
９
７４０．０７１３．４２６
１０
７．７６８７
８４１．６３
１１
９２２．８８１０．５７９
钢，参数如表１所示㊂采用Ｓｏｌｉｄ１８６单元对曲轴进行网格划分，连杆轴颈与曲柄壁的连接处和主轴径与曲柄壁过渡圆角连接处均采用单元长度为３ｍｍ的四面体网格；主轴径和连杆轴颈处采用单元长度为５ｍｍ的四面体网格；曲柄臂处采用单元长度为８ｍｍ的四面体网格；模拟轴承支座采用单元长度为
建立曲轴有限元模型，如图２所示㊂曲轴材料采用４５号
１�� ５㊀模态结果及分析
型，表２为固有频率计算结果，图３为典型的振型图㊂
通过分析计算，得到了曲轴前１２阶的固有频率和固有振

基于Workbench的航空发动机连杆有限元分析

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。

机械毕业设计(论文)基于ansys的连杆机构的有限元分析【全套设计】

湘潭大学兴湘学院毕业设计论文题目：连杆机构的有限元分析全套设计，加153893706专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963028 姓名：指导教师：完成日期： 2014 年 5 月 25 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析学号： 2010963028姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求1、总结连杆机构设计方法研究和连杆机构研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。

2、阐述学习理论基础，即瞬态动力学分析,简要论述瞬态参数,识别原理。

3、简要论述有限元方法和动力学分析的基本求解过程，建立连杆机构中的曲柄滑块机构的有限元模型，合理的确定曲柄长度及转速、连杆长度和转速，偏距，选定和创建单元类型，指点单元属性，创建铰链单元，采用瞬态动力学分析瞬态分析类型对其进行瞬态分析，与图解法进行比较，验证有限元瞬态求解功能。

4、联系工程实际，对受力连杆进行结构静力学学习。

二、重点研究的问题1、 ANSYS的线性静力分析2 、构建几何模型3、在三维铰链单元COMBIN7的创建4、单元类型选择和网络划分5、 ANSYS瞬态动力学分析和静力学分析三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献[1]高耀东，刘学杰.ANSYS机械工程应用精华50例（第三版）.- 北京：电子工业出版社，2011.[2]孙波.毕业设计宝典.-西安：西安电子科技大学出版社，2008.[3]温正，张文电.ANSYS14.0有限元分析权威指南.-北京：机械工业出版社，2013.[4]欧阳周，汪振华，刘道德.毕业论文和毕业设计说明书写作指南.-长沙：中南工业大学出版社，1996.[5]华大年，华志宏.连杆机构设计与应用创新.-北京：机械工业出版社，2008.[6]胡仁喜，康士廷.机械与结构有限元分析从入门到精通.-北京：机械工业出版社，2012.[7]李红云，赵社戌，孙雁.ANSYS10.0基础及工程应用.北京：机械工业出版社，2008.[8]唐家玮，马喜川.平面连杆机构运动综合.-哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.[9]潘存云，唐进元.机械原理.-长沙：中南大学出版社，2011.[10]李皓月，周田朋，刘相新.ANSYS工程计算应用教程.-北京:中国铁道出版社，2003湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号2010963028 姓名谭磁安专机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号2010963028 姓名谭磁安专业机械设计制造及其自动化毕业论文77 页图表30 张目录摘要............................................................................................ 错误！未定义书签。

基于ANSYS对发动机连杆的有限元分析

荷如图１所示，假设连杆的轴孔长度为２Ｌ，接触角为２ｏｒ，内孑Ｌ半径为ｒ，具体计算方法如下：
｛
状、物理参数等不确定因素存在差异，即使是同一
类型的连杆所受应力和应变也有所不同．所以．在进行发动机连杆设计时．在保证其具有足够的刚度、疲劳强度和稳定性的同时。还需要尽量达到质
（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司．甘肃兰州７３００７０）
摘要：连杆是发动机重要组成部分，因其质量较大，受力复杂，易引起连杆变形而导致失效。针对这一情况，在合理
简化模型的前提下，利用ＡＮＳＹＳ有限元软件建立连杆模型，在满足强度、刚度和稳定性的同时，将优化设计和有限元计算相结合，建立以连杆的最小质量为目标函数的优化方法，对连杆进行结构优化分析。优化后，连杆质量、最大应力
限元分析．并且和真实受力情况相差不大。在柱坐
连杆材料为４０Ｃｒ，其力学性能见表１．经查阅文
最小。在中间附近速度最大．因而使活塞组件随活
ｌｑｒ＝ｑＣｏｓ（Ｋｙ）
ｇ
式中：Ｋ＝９０。／０；ｄｓ＝ｒｄｙ；０＝１２０。／２。

毕业论文参考-基于ANSYS的连杆应力有限元分析及结构优化

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的汽车发动机连杆性能分析

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ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

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]。

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：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1.2b2.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1.3b3.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1.4b4.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1.65.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1.116.倒角。

对各孔的边缘进行倒角，得到的模型如图1.12所示。

图1.127.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。

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种应用数值计算方法的工程分析技术，可以用于解决各种工程问题。

在汽车发动机设计中，使用有限元分析可以帮助工程师了解和优化发动机组件的力学性能。

本文将基于ANSYS软件，介绍如何进行汽车发动机连杆的有限元分析。

一、建模和几何参数定义：在进行有限元分析之前，首先需要将连杆的几何形状转化为虚拟模型。

一般来说，使用CAD软件绘制连杆的草图，并根据设计要求对连杆进行几何尺寸和参数的定义。

对于汽车发动机连杆而言，常见的几何参数包括连杆长度、大端和小端直径、连杆的截面形状等。

在绘制草图时，应注意考虑到实际的工程要求和设计限制。

二、材料定义和材料力学参数：在有限元分析中，连杆的材料定义至关重要。

一般来说，连杆材料应具有优异的强度和刚度，以应对高速旋转和高温的工作环境。

一般常用的连杆材料包括铸铁、铝合金、钛合金等。

在模型中定义连杆的材料属性，常用的材料力学参数有弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂韧性等。

这些参数将作为材料的基本力学性能指标，用于后续的有限元分析计算。

三、网格划分和单元选择：在进行有限元分析之前，需要将连杆的几何模型划分成一系列小的有限元网格。

这一步骤称之为网格划分。

在网格划分时，需要根据设计要求和实际需求选择适当的网格类型。

对于连杆而言，常用的网格类型有四面体网格、六面体网格和四边形网格等。

划分后的网格中的每个单元都将代表连杆的一个局部区域，通过对每个单元进行力学计算，可以得到连杆在整个工作过程中的承载能力和应力分布情况。

四、加载和边界条件定义：在有限元分析中，需要对模型施加适当的加载和边界条件来模拟实际工作情况。

对于汽车发动机连杆而言，常见的加载和边界条件有定常和动态载荷、热载荷和流体载荷等。

例如，在连杆的大端和小端分别施加适当的载荷，以模拟发动机工作时的受力情况。

同时，还需要定义边界条件，如固定轴承的位置，以模拟实际组装情况。

基于ANSYS_Workbench_的发动机曲轴有限元分析

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 Workbench的发动机连杆优化设计

基于ANSYS Workbench的发动机连杆优化设计
谢一荣;徐滕岗;朱建军
【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(041)004
【摘要】发动机连杆在工作过程中承受扭转应力,拉伸、压缩等交变裁荷,容易发生疲劳磨损、弯曲及断裂等失效形式.以标致206发动机连杆建立三维模型和有限元分析模型,根据连杆在发动机中进气、压缩、膨胀和排气4个冲程下受力情况对其进行静强度分析,测试在不同工况下的应力、应变大小及危险部位,找出连杆的薄弱位置并给出优化方案.通过对优化连杆的分析,验证优化方案有效可行,为发动机连杆的设计提供依据.
【总页数】5页(P527-531)
【作者】谢一荣;徐滕岗;朱建军
【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械工程学院,上海201620
【正文语种】中文
【中图分类】U464.133
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的发动机连杆疲劳强度分析 [J], 朱荣福;赵卿峰;王辉
2.基于ADAMS和ANSYS/Workbench的发动机连杆联合仿真 [J], 赵渊;段昌生;张业宏;么跃轩;孙玉坤
3.基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析 [J], 颜腾峰;程仙国
4.基于ANSYS WORKBENCH的发动机连杆有限元分析 [J], 杨国旗;虞彪
5.基于ANSYS workbench的发动机连杆力学性能及模态分析 [J], 张德虎;刘爽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析

汽车发动机连杆的有限元分析摘要：采用ANSYS软件对汽车发动机连杆应力进行分和模态分析，计算出连杆的最大应力和应变;模态分析提取了前4阶模态，分析了连杆的固有频率、振型，找到了变形最大区域。

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：ANSYS；连杆；模态分析；应力和应变1 前言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。

应力分析是对连杆的静力分析，分析了连杆应力分布，应变情况；模态分析研究的是连杆的动态特性，用ANSYS对连杆进行模态分析，得出了连杆前4阶的固有频率和振型，通过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。

2连杆有限元分析的理论基础2.1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。

2.2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,式(2)的解可设为：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（3）入（2）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。

3基本分析过程6.52.50.51.8 0.31.21.60.50.945o中间连接点CC曲柄销活塞销连杆几何模型（单位cm ）45o0.20.4 0.34.74.0 3.2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/m 33.1静力学分析根据结构特征，采用ANSYS 实体建模。

发动机连杆的有限元分析

发动机连杆的有限元分析摘要连杆作为发动机结构中一个重要构件，其作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动，并在活塞和曲轴之间传递作用力。

连杆在工作中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用。

一个重量轻而且具有足够强度的连杆对现代发动机设计起到举足轻重的作用。

本文参考了CA4110柴油机的相关参数，对四缸柴油机的连杆进行了结构设计和力学分析。

应用Pro/E 软件进行建模，以 ANSYS Workbench软件为平台，对连杆模型进行有限元分析。

为了能更好地保证精度，使边界条件和载荷与工程实际情况相符合，并考虑了各种受力情况，进行了静力学分析、模态分和谐响应分析。

静力学分析表明连杆最大应力值小于材料屈服强度极限，即符合强度要求。

动态的模态分析，不仅从静态上保证了连杆的强度，同时也了解了连杆的动态的振动特性。

连杆在不同固有频率下振型不同，在第四阶振型时易失效，并且在发动机工作时应该尽量避开各阶的固有频率。

谐响应分析表明，结构在2400Hz的响应最剧烈，可导致弯曲失稳的位移最大。

关键词: 发动机连杆；有限元分析；模态分析；谐响应分析Finite element analysis of engine connecting rodAbstractConnecting rod as an important component in the engine structure, its function is to the reciprocating linear motion of the piston into the rotation of the crank movement, and between the piston and the crankshaft transfer reaction. Connecting rod subjected to tensile, compression and bending in the job, etc. The effect of cyclic loading. A light weight and has enough strength of the connecting rod to the modern engine design play a decisive role.This article through to CA4110 reference for the related parameters of the diesel engine, four cylinder diesel engine connecting rod for the structure design and mechanics analysis. Pro/E software modeling is applied in this article, based on ANSYS Workbench software platform, finite element analysis was carried out on the model. In order to better guarantee the accuracy, the boundary conditions and load and engineering to coincide with the actual situation, and consider the various stress distribution, the static analysis, modal points harmony response analysis.Statics analysis shows that the strength of the connecting rod maximum stress is less than the yield limit, which conform to the requirements of the strength. From the static and dynamic modal analysis, not only ensure the strength of connecting rod, as well as understand the dynamic vibration characteristic of the connecting rod. Connecting rod under different natural frequency vibration mode is different, prone to failure when the fourth order vibration mode, and should be avoided when engine working each order natural frequency. Harmonic response analysis shows that the response of the structure in 2400 Hz is the most severe, can lead to the unstability of the bending displacement is the largest.Key words：The engine connecting rod;The finite element analysis; The modal analysis; Harmonic response analysis目录第1章绪论.............................................................. - 1 -1.1 课题来源及研究的目的和意义............................................. - 1 -1.2 国内外研究现状及分析................................................... - 2 -1.3 主要研究的内容......................................................... - 3 -第2章连杆的三维建模.................................................... - 4 -2.1 连杆的结构及参数分析................................................... - 4 -2.1.1连杆的结构类型................................................... - 4 -2.1.2连杆结构参数及其分析............................................. - 4 -2.2基于Pro/E连杆的建模................................................... - 5 -2.2.1 Pro/E的简介..................................................... - 5 -2.2.2 连杆的建模过程.................................................. - 6 -第3章连杆的静力学分析................................................. - 10 -3.1 连杆材料的选择........................................................ - 10 -3.2 连杆的有限元网格划分.................................................. - 10 -3.3 连杆的运动和受力分析.................................................. - 11 -3.4 约束与载荷............................................................ - 12 -3.5 静态模拟结果分析...................................................... - 13 -3.5.1 连杆总变形分析................................................. - 13 -3.5.2 连杆等效应力分析............................................... - 14 -3.5.3 连杆等效应变分析............................................... - 14 -3.6 静态分析结论.......................................................... - 15 -第4章连杆的模态分析................................................... - 16 -4.1 模态分析理论.......................................................... - 16 -4.2 约束与载荷............................................................ - 17 -4.3 连杆模态求解与分析.................................................... - 17 -4.4 连杆模态分析结论...................................................... - 19 -第5章连杆的谐响应分析................................................. - 20 -5.1 谐响应分析............................................................ - 20 -5.2 谐响应分析的结论：.................................................... - 21 -结论与展望.............................................................. - 22 -结论...................................................................... - 22 - 展望...................................................................... - 22 -参考文献................................................................ - 23 -致谢................................................................... - 24 -第1章绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义内燃机自十九世纪后期出现以来，经过一百多年的不断研究和优化改进，已经发展到比较完善的程度。

连杆有限元分析ansys workbench

数据一（二维）
三、两种结构对比分析
数据二（三维）
最大应力：143.45MPa 最小安全系数：4.5286
最大应力：128.66MPa 最小安全系数：4.5819
3.1总结
• 结论：通过表四可以看出，当各尺寸相同时，二维和三维的数据会有一些变化，其中，最小安全系数相差不大，没有多少变化，都能达到设计要求；而二维的最大应力超过了材料的许用应力，三维的最大应力达到了设计要求，因此，在相同的条件下，二维连杆较三维连杆的效果差，三维模型更能符合设计要求，满足强度和设计安全系数。
数据一
3.3、不同尺寸三维模型云图
数据二
数据三
3.4、不同尺寸三维模型数据
数据一
数据二
数据三
1.小头外径：R9.5 2.大头外径：R20 3.过渡圆角：R2 4.大头圆心与小头圆心的距离：77mm 5.夹角：40度（小头与杆身）
Nodes：2312 Elements：272
最大应力：191.01MPa 最小安全系数：2.551
• b.采用三维结构对图示连杆进行强度分析，与二维结构分析结果进行比较。
• c.对结构进行参数化研究与目标驱动的优化设计
连杆简化模型的几何形状
完成该分析应掌握的CAE任务
• 1.DM模块草绘，建立新平面，冻结体 • 2.DS模块，模型参数的建立，分析不同的接触类
型， 3.网格的划分（整体+局部），载荷和约束的施加 • 4.查看应力，应变，接触结果及安全系数 • 5.DS模块中优化模型，并适时更新 • 6.DX模块参数化研究及目标驱动的优化 • 7.FE Model的查看 • 8.结果出图，多窗口对比分析
连杆几何参数在目标驱动前的特性连杆杆长的特性

基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析

基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析颜腾峰;程仙国【摘要】利用ANSYS Workbench对捷达汽车发动机连杆在工作过程中受的拉力和压力进行有限元分析计算,得到该发动机连杆在受拉和受压时最大主应力、最大切应力以及最危险位置,为汽车连杆设计与优化、强度校核等提供理论依据.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P58-60)【关键词】连杆;有限元分析;应力【作者】颜腾峰;程仙国【作者单位】宁波工程学院,浙江宁波315336;宁波工程学院,浙江宁波315336【正文语种】中文【中图分类】U464连杆是发动机的重要零件之一，连接着活塞和曲轴并把作用在活塞上的力传给曲轴，以便将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动。

连杆在高压下作变速运动，故它在工作中的受力情况很复杂，如气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及阻力[1-3]。

在设计发动机连杆时，要保证连杆具有足够的刚度和强度。

文中利用ANSYS Workbench对捷达汽车发动机连杆在工作过程中的受力情况进行有限元仿真计算，分别得到连杆在工作过程中受拉伸和压缩时的最大主应力和最大切应力以及最危险位置，为汽车连杆的设计与结构优化、强度校核提供理论根据。

连杆工作时，摩擦力及阻力主要取决于运动零件的制造质量与润滑情况，其数值较小且变化规律很难掌握，故对连杆进行受力分析时，摩擦力及阻力忽略不计[4-5]。

连杆失效主要是拉、压疲劳断裂所致，所以连杆的受力分析主要考虑2种周期性变化的力：一个是经活塞顶传来的燃气爆发力Fp，该力对连杆起压缩作用，如图1(a)所示；另一个是活塞连杆组高速运转时产生的往复惯性力Fj，该力对连杆起拉伸作用，如图1(b)所示。

连杆受拉时，小端承受的拉力主要是活塞组惯性力，即：Fj=m(1+λ)rω2式中:m=0.468 kg为活塞组中不平衡回转质量;r=40.23 mm为曲柄半径;λ=0.27为曲柄连杆比;ω为曲柄旋转角速度，捷达汽车发动机的额定转速n=5 800 r/min，则ω=(2×π×5 800)/60=607.07 rad/s。

基于ANSYS对连杆的有限元分析

基于ANSYS对连杆的有限元分析连杆是汽车的重要零件一个轻而可靠的连杆在工作中将产生较小的惯性力.它有助于减减轻汽车轴承负荷及振动。

然而.采用常规设计难以使连杆达到既轻又可靠的要求.传统用解析法对连杆所受的应力和应变情况分析.解析误差太大。

木文采压ANSY S有限元分析软件.建立汽车连杆的有限元极型.加载求解.进行应力场分析.计算出连杆的最大应力、应变.利用ANSYS的有限元分析和计算机图形学功能.显示二维应力等值，面位移等值面。

从而为连杆机构的优化分析提供了充分的理论依据。

基本分析过程创建有限元模型汽车连杆的几何模型如图1所示:连杆厚度为12. 7 mm.在小头孔内侧90'范围内承受p = 6. 89MPa的而载荷的作用.其材料属性为弹性模量F=2. 067e+ 11泊松比为0.3图1连杆的几何模型(1)创建有限元模型根据结构特征.采用实体建模。

选用单元类型Solid95. Solid95是二维20节l从四而体结构实体单元.在保证精度的同时允许使用不规则的形状.Solid95有相容的位移形状适用于曲线边界的建模。

每个节l从有3个自由度:沿结点坐标X ,Y, Z方向的平动; Solid95有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变的功能。

采用ANSY S的前处理模块进行建模工作。

由于连杆的结构和载荷均对称.因此分析时只采用一半进行分析.这不影响实际应力的分布;而且在建模前可对计算模型进行合理简化一些小的细节可不必在模型中体现.这不影响分析所要求的精度。

这样既节省了计算时间.又减少了存储容量。

在建模过程中.采用由底向上的建模方式.按照尺寸建立而后.采用延伸的方式生成体(共25个面)。

使用自由网络化命令.可利用实体模型线段长度、曲率自动进行最佳网络化.在ANSYS中先对而进行划分网格.生成2D网格.然后采用拖动生成3D网格(Operate/ Extrude) ,所得有限元模型单元数为492，节点数为2 501。