基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析

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有限元分析基础教程

有限元分析基础教程前言有限元分析已经在教学、科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具；该基础教程力求提供具备现代特色的实用教程。

在教材的内容体系上综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、实例分析这几个方面，按照教科书的方式深入浅出地叙述有限元方法，并体现出有限元原理“在使用中学习，在学习中使用”的交互式特点，在介绍每一种单元的同时，提供完整的典型推导实例、MATLAB实际编程以及ANSYS应用数值算例，并且给出的各种类型的算例都具有较好的前后对应性，使学员在学习分析原理的同时，也进行实际编程和有限元分析软件的操作，经历实例建模、求解、分析和结果评判的全过程，在实践的基础上深刻理解和掌握有限元分析方法。

一本基础教材应该在培养学员掌握坚实的基础理论、系统的专业知识方面发挥作用，因此，教材不但要提供系统的、具有一定深度的基础理论，还要介绍相关的应用领域，以给学员进一步学习提供扩展空间，本教程正是按照这一思路进行设计的；全书的内容包括两个部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。

在基本原理方面，以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建等一系列规范的方式进行介绍；在阐述有限元分析与应用方面，采用典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例的方式，以体现出分析建模的不同阶段和层次，引导学员领会有限元方法的实质，还提供有大量的练习题。

本教程的重点是强调有限元方法的实质理解和融会贯通，力求精而透，强调学员综合能力(掌握和应用有限元方法)的培养，为学员亲自参与建模、以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材；同时，给学员进一步学习提供新的空间。

基于ANSYS的车架有限元分析报告

汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。

在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。

本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。

同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。

关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。

有限元分析实例

轻型货车普通变截面钢板弹簧有限元分析
机械与动力工程学院
26
1.钢板弹簧的作用
承载
导向
减振
缓和冲击
国内外研究现状
钢板弹簧的垂直方向载荷的计算上常用计算方法：
三角形板法 :假设各弹簧片为一个整体的三角形板
国内
板端接触法
:假设力在各片弹簧间的传递仅靠各片端来完成
共同曲率法 :假定各片的弯曲具有共同的曲率
第二，在同一工况下，例如在标定功率工况下，当活塞的活塞顶圆角半径的变化是5 mm , 6 mm , 3 mm , 2 mm时，活塞的最高温度变化为: 361.15℃~180.96℃ ,356.94℃~180.01℃, 369.78℃~182.24℃ , 373.88℃~183.7℃。这是因为当活塞的活塞顶圆角半径变大时，燃烧室容积变大，压缩比变小，活塞的整体温度降低了。当活塞的活塞顶圆角半径变小时，燃烧室容积变小，压缩比变大，活塞的整体温度升高了。所以在设计活塞的活塞顶圆角时应在不影响其结构时尽可能的大一点。本文中活塞顶圆角半径为6 mm的活塞是相对较好的。
满载应力分析（少片）
最大应力 =280.68MPa<材料许
用应力=1000MPa
结论
1.对板簧的结构与尺寸设计的强度方面的校核与有限元分析表明校核的结果符合相关技术要求。
2.在相同条件以及同样寿命的前提下，使用少片变截面钢板弹簧，重量大约比多片弹簧减少50%左右。
基于Workbench 对发动机活塞的温度场分析
有限元结课汇报
主讲人：尹振华
主 1、基于Workbench的曲柄连杆组动力学分析——
要成
2、基于ANSYS刹车盘应力分析——
员及

发动机连杆的有限元分析及结构优化

第３卷３第５期２１－（）１１１０１５下１１
２３网格划分．建模后须对模型进行网格划分。ＡＷＥ不仅具有功能强大的网格划分工具，还能进行智能化网
格划分，生成形状特性较好的单元来保证网格质量，给使用者节省了大量的时间和精力。一般情况下，采用默认网格控制即可。有时，为了获得高质量的网格，也可通过一定的控制使其尽量符
３建出连杆在摆动面及垂直摆动面方向上的截面）草图，再用扫略命令切出圆弧过渡区。最终选定
思路三进行建模，此法所建模型更接近实物，且所需指定的优化参数较少，优化耗时也较少，约
合有限元计算的要求，提高计算精度。根据所建模型，本文比较了四种不同网格尺寸对计算结果的影响，在完全采用默认控制的情况下，连杆上
图１网格划分后的实体模型
２４２约束处理．．边界约束可消除整体模型的刚性位移和确定
一
般来说，对于钢、铜、铝等塑性材料，可
根据第四强度理论，选用ＶｎＭｉｓｏｓ等效应力进行ｅ强度校核。
２４Ａ中的连杆边界处理．ＷＥ
２４１施加载荷．．
１）在最大压缩工况下，应力集中区主要分布

连杆的有限元分析

目录第一章序言 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2课题的分析 (1)1.3研究内容 (2)第二章有限元的基本原理及其应用 (4)2.1有限元分析概述 (4)2.2有限元分析的优缺点 (5)2.2.1有限元法的优点 (5)2.2.2有限元分析的缺点 (6)第三章连杆的工作条件及载荷的确定 (7)3.1.连杆的结构和布置 (7)3.2柴油机一般采用斜连杆的原因 (9)3.3连杆的工作条件及受力 (10)3.4连杆的材料及制造工艺 (11)第四章连杆的建模 (15)4.1SolidWorks软件介绍 (15)4.1.1概述 (15)4.1.2 SolidWorks软件的特点 (16)4.1.3 SolidWorks软件的应用 (17)4.2连杆模型的建立 (17)4.2.1创建连杆的几何模型 (18)4.2.2连杆的力学模型的建立 (32)第五章计算结果及其分析 (40)5.1最大拉伸情况的结果与分析 (40)5.1.1连杆受拉时应力结果 (40)5.1.2连杆受拉时应变结果 (41)5.1.3连杆受拉时位移结果 (43)5.2最大压缩情况的结果与分析 (44)5.2.1连杆受压时应力结果 (44)5.2.2连杆受压时应变结果 (45)5.2.3连杆受压时位移结果 (46)5.3分析总结 (46)引用文献 (49)附录(英文翻译) (51)第一章序言1.1课题研究的目的和意义连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。

连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括轴瓦过盈及螺栓预紧力）和交变工作载荷（包括气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。

现代汽车正向着环保节能方向发展，这就要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，应具有尺寸小、重量轻的特点。

本文通过SolidWorks这个三维制图软件制作连杆的三维模型，然后通过COSMOSWorks软件，对连杆模型进行网格划分、加载和约束的处理，然后再进行计算分析，得出柴油机连杆在受拉和受压的两种工况下的应力、应变等分析结果。

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。

基于ANSYS汽车连杆的模态分析

基于ANSYS汽车连杆的模态分析摘要：振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一。

由于振动会造成结构的共振或或疲劳，从而破坏结构。

所以必须了解结构固有的频率和振型，避免在实际工况中因振动因素造成结构的损坏。

模态分析主要研究结构或机器部件的结构特性，将得到结构的固有频率和振型，对复杂结构进行精确的模态分析，将为评价现有结构的特性特性、新产品和诊断动态性能的预估及优化设计，提供科学的依据。

关键词：ansys；汽车连杆；模态分析1引言汽车众所周知的最常用的交通工具之一，在整个汽车的复杂系统中，发动机就是其中最重要的之一，常常也称作汽车的心脏。

当汽车发动机工作时，活塞燃烧室产生的气体其爆炸力通过连杆传递给曲轴，曲轴带动飞轮转动从而将动力输出。

在这工作的过程中，发动机连杆在传递燃料爆炸作用力的同时也承受了最大最强烈的冲击力、动态应力，因此,连杆成为发动机动力学负荷最高的部件。

连杆是发动机传递力最重要的零部件之一，同时也肩负着传递力的方向的重任。

所以,汽车发动机连杆的质量和性能就直接关系到整个发动机工作的稳定性以及故障率。

利用有限元对汽车连杆零部件进行模态分析,有利于对连杆零部件更科学的使用。

2基本原理2.1ANSYS简介ANSYS软件是可以处理的分析类型：结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、耦合场分析。

结构分析首先待求的自由度是位移，而其他量诸如应变、应力、反应力等均是通过位移值来得到的。

在ANSYS中，结构分析主要包括7种：静力分析、模态分析、谱分析、瞬态动力学分析、谐响应分析、特征屈服分析、专项分析。

而模态分析是本论文的着重应用，主要分析用于计算结构的自然频率和振型，用于解决实际生活中的机械振动。

2.2ANSYS模态分析简介结构动力学分析不同于静力学分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用效果。

模态分析是动力学分析功能的一种。

动力学分析是用来确定质量（惯性）和阻尼起重要作用的结构和构件动力学特性的技术。

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。

汽车发动机活塞受力有限元分析

汽车发动机活塞受力有限元分析汪奕帆;姚焕新【摘要】作为发动机重要零部件的活塞，经常受到多种载荷的作用，对其进行强度、结构和使用材料等分析有着非常重要的意义。

本文通过对活塞受力分析，建模与网络划分，选取最大压力工况下，进行载荷、边界条件以及预紧力的施加，利用ansys的计算模块对模型进行计算，并通过ansys的后处理器将结果以应力分布云图和位移变化云图的形式显示出来。

并在此基础上对活塞进行结构、力学分析，找到模型中所受应力最大节点的相关数据。

根据结果分析，提出在结构和材料上的改进方案，为活塞的结构分析与设计提供重要参考依据。

%As the core of the car engine, the performance of the quality will directly affect the performance of the car. Piston as the important parts of the engine, often bear various load effect, so the analysis of the strength, material, forging process and the structure has a very important significance. This paper first we take a detailed stress analysis of the load on the piston. Then, we have a more detailed modeling and network segmentation to the piston, and select the maximum pressure conditions, to appling the loads, boundary conditions and ing ansys calculation module to calculate the model,we displayed the results in the form of the stress distribution cloud images and displacement cloud images,and on this basis, found the relevant data of the maximum stress of the node of the model suffered through a detailed structure and mechanical analysis of the piston.Finally, according to the results, we put forward some structure and material improvementplan. Provide an important reference for the structural analysis and design of the piston.【期刊名称】《宁波工程学院学报》【年(卷),期】2012(024)003【总页数】4页(P59-62)【关键词】发动机;活塞;有限元【作者】汪奕帆;姚焕新【作者单位】宁波工程学院,浙江宁波315800;宁波工程学院,浙江宁波315800【正文语种】中文【中图分类】TK441引言活塞是发动机的重要零部件之一，其设计质量直接关系到发动机性能的优劣。

利用ANSYS软件对曲轴的受力进行分析

第25卷　第18期2009年9月甘肃科技Gansu Science and Technol ogyV ol .25　N o .18Sep .　2009利用AN SYS 软件对曲轴的受力进行分析郝　伟(广东机电职业技术学院,广东广州510515)摘　要:采用ANSYS 软件有限单元法,对云南内燃机厂生产的4100汽油机的曲轴进行有限元分析,在分析过程中通过建立模型、选取合适的单元及网格划分,对曲轴进行了静强度、刚度和疲劳强度的分析,为汽油机曲轴设计提供了理论依据。

关键词:曲轴;有限元分析;受力分析中图分类号:TK403 曲轴是汽车发动机中最重要而且承载最复杂的零件,被称为发动机的心脏,其结构参数不仅影响着整机的尺寸和重量,而且在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。

随着发动机的不断强化,曲轴的工作条件愈加苛刻,保证曲轴的工作可靠性至关重要,因此,在研制过程中需给予高度重视。

由于曲轴的形状及其载荷比较复杂,建立在精度较高的曲轴实体模型基础上的受力分析一般要借助大型有限元软件。

有限元软件是分析各种结构问题的强有力的工具,使用有限元软件可方便地对曲轴进行分析,并为曲轴的设计和改进提供理论依据。

1　有限元模型的建立(1)曲轴参数。

以云南内燃机厂生产的4100汽油机曲轴为研究对象进行有限元分析。

该曲轴为全支承式,总长743mm ,主轴颈直径为85mm ,连杆轴颈直径为75mm 。

在分析计算中采用整体曲轴模型,用CAD 建立曲轴的几何模型。

实体建模时把各种小的倒角和圆角以及油孔都考虑进去,在划分网格时会非常复杂,并且会产生很多不良的单元,反而使计算出现较大的误差,曲轴受力最大处在连杆轴颈和主轴颈过渡圆角处。

考虑到这些因素,在对曲轴进行实体建模时忽略小的倒角和圆角以及油孔,而位于连杆轴颈和主轴颈处的圆角是分析的对象,不能忽略。

(2)曲轴模型。

将用CAD 绘制好的三维曲轴图形导入到ANSYS 软件,用Hex -Dom inant 网格划分方法,最终形成的曲轴有限元模型,如图1所示,共有62013个单元,194110个节点。

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ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

务ｌ匐地
基于ＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的汽车发动机连杆力学性能分析
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｏｔｏｃａｒｅｎｇｉｎｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ
Ｐ＝７．９×１０３ｋｇ／ｍ。实验中采用Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
件分析了发动机连杆的力学性能，包括连杆的变
工作中经常受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的
作用。这种复杂的载荷容易引起连杆的疲劳破
为２９２５９８个，单元数为１９１５９０个。在发动机工作过程中，连杆只承受轴向力作用，该力的最大值
曲轴的旋转运动，对外输出做功ｕ】。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口，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。所以，连杆的受力情况也十分复杂，
小油孔等均被忽略。采用ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件进行网格划分和模拟分析。实验所建立的实体模型和网格模型如图１所示，图１（ａ）为实体模型，图１（ｂ）为网格模型。划分网格时，发动机小头和大头内表面均采用加密网格。网格划分后，连杆节点数

基于某发动机连杆的有限元分析

解算器，建立材料和编辑材料属性，在物理属性编辑中选择都是最大。
ＰＳＯＬＩＤ实体类型，并建立相应的网格捕集器。由于连杆为不最大拉伸工况下，连杆所受最大应力出现在小头靠近顶
规则形状，首先采用自由映射网格划分方式，对连杆进行网格端位置，其最大值为２２９ＭＰａ，远远小于材料的屈服极限。划分受最大应力出现在杆身凹槽边
２．２连杆的有限元模型建立２．２．１连杆的载荷分析
杆受预紧载荷和最大拉伸载荷，第三种工况是连杆同时受到预
３连杆有限元求解结果分析
紧载荷和最大燃烧压力与最大惯性力共同作用的最大压缩载荷。通过对三种工况使用ＮＸＮａｓｔｒａｎ进行有限元分析计算，２．２．２基于ＮＸＮａｓｔｒａｎ的连杆有限元分析表明在装配预紧工况下连杆的位移变形和等效应力都最小，建立连杆模型后直接进入ＮＸ仿真模块，选择ＮＸＮａｓｔｒａｎ之后是最大拉伸工况，最大压缩工况时位移变形和等效应力
时需要圆角过渡。最终用ＵＧ完成连杆实体模型的建立。在最大压缩工况下，连杆除受到最大燃烧压力与最大惯性
力的共同作用外，也还继续承受过盈装配预紧压力。有限元分析前边界条件施加位移约束为：连杆大头只保留沿曲轴旋转的
自由度，其他自由度固定，对小头保留沿活塞上下移动的自由度连杆在工作时，所承受的周期性变化的外力主要由两部和绕活塞销旋转的自由度，其他自由度固定；载荷施加时，仍然分组成：一是经活塞顶部传来的燃气爆发压力，对连杆起压缩在连杆大头和小头继续施加过盈压力，在连杆小头施加轴承载作用：二是活塞连杆组高速运动产生的惯性力，对连杆起拉伸荷，分布角度仍然在１２０。范围内，按余弦方式分布，最大惯性力作用。故在分析时，主要考虑连杆的最大燃气压力、活塞组件的分布在整个连杆模型上，即按几何分布，施加在每个节点上。的惯性力和连杆组件的惯性力。在最大压缩工况下，由有限元分析和后处理得到连杆位移图，位因此，将分三种工况进行连杆的有限元分析，第一种是只在移最大的位置出现在小头孔靠近杆身压力施加处，位移最大值预紧载荷作用下进行分析，第二种工况是最大拉伸工况，此时连比最大拉伸工况时要大，为０．１０８２ｍｍ，在弹性变形范围之内。

基于ANSYS的汽车发动机连杆性能有限元分析

基于ANSYS的汽车发动机连杆性能有限元分析摘要：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。

构件图如下图1.1所示。

通过有限元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。

关键词：汽车连杆；有限元分析；优化设计；1、连杆有限元分析的理论基础图1.1 汽车发动机连杆1.1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。

1.2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,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。

代入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。

2、基本分析过程2.1模型绘制并导入：利用solid works进行构件的仿真设计，画出连杆的模型。

并将得到的模型导入至ANSYS软件中，如图3.1所示：图3.1 导入至ANSYS软件的连杆模型2.2主要材料属性定义：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/m3；具体步骤如下：选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令。

ansys有限元分析基本流程

第一章实体建模第一节基本知识建模在ANSYS 系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。

建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。

一、实体造型简介1．建立实体模型的两种途径①利用ANSYS 自带的实体建模功能创建实体建模：②利用ANSYS 与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。

2．实体建模的三种方式(1) 自底向上的实体建模由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。

(2) 自顶向下的实体建模直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。

(3) 混合法自底向上和自顶向下的实体建模可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。

自由网格划分时，实体模型的建立比较1e 单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。

二、ANSYS 的坐标系ANSYS 为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。

①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。

②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。

③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。

④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。

1．全局坐标系全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。

在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。

总体坐标系是一个绝对的参考系。

ANSYS 提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y- 柱坐标系。

4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian), 1是柱坐标系(Cyliadrical) , 2 是球坐标系(Spherical)，5 是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1 所示。

车辆结构有限元疲劳分析

Gerber法 None不进行修正
Mean Stress
Curves
定义有限寿命数值疲劳强度系数载荷缩放系数
恒幅，比例载荷恒幅，非比例载荷非恒幅，比例载荷非恒幅，非比例载荷
X方向应力/Y/Z XY平面应力 YZ平面应力 XZ平面应力
Von Mises应力带符号的Von Mises应力
最大剪应力最大主应力最大主应力最大值
Fully Reversed
Ratio
History
非恒定幅值比例载荷
R=-1
指定应力比 R=X
指定载荷时间历程
二、应力疲劳分析
6.平均应力对疲劳寿命的影响
平均应力对疲劳寿命的影响就是考虑应力比R的变化对疲劳寿命会产生影响，从而需要对S-N曲线进行修正。ANSYS WB提供了平均应力修正的五个选项：
第九章车辆结构有限元疲劳分析
结构疲劳分析基础应力疲劳分析典型材料试件应力疲劳分析发动机连杆的应力疲劳分析
一、结构疲劳分析基础
车辆是运动并承载的机械，其结构承受的载荷大部分都是交变载荷。零部件失效中，由疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故占总断裂事故的70％--80％以上，约有50％--90％的机械结构的破坏属于疲劳破坏。
实例2：连杆受载荷幅值为4500N，为恒幅载荷，平均载荷为0（R=-1）。材料默认为 Structure Steel。求发动机连杆的安全系数。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
直接打开Conrod-fatigue.wbpj文件，导入ConRod.x_t，并对Geometry进行编辑。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
得到的是多轴应力。但在试验过程中得到的一般是单轴应力。在ANSYS WB应力疲劳分析中可以选择X、Y、Z三个方向的应力分量， Von Mises应力，带符号Von Mises应力等。在考虑压缩平均应力对疲劳寿命的影响中，带符号Von Mises应力是非常有用的，

ANSYS连杆机构运动分析实例-曲柄摇杆机构

一，概述本分析仍然属于瞬态动力学分析，分析过程与普通的瞬态动力学分析基本相同。

其关键在于三维铰链单元COMBIN7的创建，在此进行简单介绍。

三维铰链单元COMBIN7三维铰链COMBIT7单元属于三维单元，有5个节点，分别是活跃节点I和J、用以定义铰链轴的节点K,控制节点L和M，如图。

活跃节点I和J应该位置重合，并且分属于LINK A和B, LINK A和B是一个单元或单元集合。

如果节点K没有定义，则铰链轴为全球笛卡尔坐标系的:轴。

三维铰链COMBIN7单元的进一步内容请参阅ANSYS帮助文档。

另外，分析时必须将大变形选项打开。

二，问题描述及解析解图为一曲柄摇杆机构，各杆长度分别为lab=120 mm, lbc=293 mm, lcd=420mm, lad=500mm，曲柄为原动件，转速为0.5 rlmin，求摇杆角位移,角速度,角加速度随时间变化情况。

根据机械原理的知识，该问题的解析解十分复杂，使用不太方便。

本例用图解法解决问题，由于过程比较烦琐，而且只是为了验证有限元解的正确性，所以，关于摇杆角位移、角速度、角加速度随时间1变化情况的图形没有必要给出。

在这里只求解了以下数据:摇杆的摆角=33.206°曲柄角度为115.443°时，摇杆角位移138.311°,角速度1.508*10﹣²rad/s三，分析步骤3.1改变工作名拾取菜单Utility Menu-File---Change Jflbnameo弹出如图所示的对话框，在" [IFILNAM]”文本框中输入EXAMPLE 12，单击“OK”按钮。

改变工作名对话框3.2定义参量拾取菜单Utility Menu-Parameters-Scalar Parameterso弹出如图所示的对话框，在“Selection”文本框中输入PI=3.1415926，单击“Accept",依次输入AX=0, AY=0(铰链A坐标),BX=0.07094,BY=0.09678(曲柄转速),CX=0.24417,CY=0.33309(铰链C坐标),DX=0.5,DY=0(铰链D坐标),OMGA1=0.5,T=601OMGA 1(曲柄转动一周所需时间，单位:s)，同时单击“Accept”按钮:最后，单击如图所示的对话框的“Close”按钮。

ANSYS有限元分析图例

ANSYS有限元分析
应用ANSYS软件对3D打印机的滑块进行有限元分析。

一、建立三维实体模型
在Pro/E中建立滑块的三维实体模型，如图1-1所示。

再通过Pro/E 与ANSYS软件的无缝连接，将滑块的三维实体模型导入ANSYS软件中进行有限元强度分析。

图1-1 三维实体模型
二、划分网格
利用ANSYS软件自带的网格划分工具对导入的模型进行自由网格划分，结果如图1-2所示，共划分单元13137，节点22927。

图1-2 有限元模型
三、施加载荷与约束
分别在滑块内圆柱面的上下部分施加侧向作用力，并对滑块与平台的接触面施加位移约束。

四、求解并分析结果
利用ANSYS软件的求解器模块solve对滑块的有限元模型求解，得到滑块的变形云图和应力云图，如图1-3、1-4所示。

由图可知，滑块的最大变形量和最大应力值都极小，满足强度要求，故设计合理。

图1-3 变形云图
图1-4 应力云图。

基于ANSYS有限元分析的模态质量计算方法

2011年第3期导弹与航天运载技术 No.3 2011 总第313期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.313收稿日期：2010-09-05；修回日期：2011-04-15作者简介：商霖（1977-），男，工程师，主要研究方向为发射动力学文章编号：1004-7182(2011)03-0055-03基于ANSYS 有限元分析的模态质量计算方法商霖（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：基于动能公式的演化推导，提出一种计算模态质量的新方法。

该方法操作方便，快速有效，适用于任何有限元模型模态质量的计算。

通过与模态质量经典公式计算结果的比较，二者数值完全一致。

关键词：模态质量；经典公式；动能定理；质量矩阵；弹簧-质量模型中图分类号：V411.8 文献标识码：AModal Mass Computation Based on ANSYS Finite Element AnalysisShang Lin(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)Abstract : With the evolvement of kinetic energy equation, a novel method to compute the modal mass is presented. This methodis simple and effective, suitable for any modal mass computation of Finite Element Analysis (FEA) model .The results obtained from this method are the same with those from classical equation, which proves that this method is valid.Key Words : Modal mass; Classical equation; Energy theorem; Mass matrix; Spring mass model0 引言一个完整的振动系统必须包含质量矩阵，刚度矩阵和阻尼矩阵，其中质量矩阵储存着系统的动能，刚度矩阵存储着系统的势能，阻尼矩阵则代表能量在不同系统之间的转移（如由机械能转换为热能），通过三者的有机结合使能量不断地相互转换，由此构成系统的运动（振动）。