ANSYS的发动机连杆的模态分析

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基于ANSYS的发动机连杆分析设计

基于ANSYS的发动机连杆分析设计
第2 4卷 第 6期
21 0 1年 1 1月
De eo me t& I n v t no c i ey& E e t c lP o u t v lp n n o ai f o Ma hn r lcr a r d cs i
机 电 产 品 开 发 与 新
VO.4, . I NO5 2
约 为 27 5 162N;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 :2 1 — 9 2 0 10 — 0 作 者 简 介 :朱 同 波 (9 6 ) 男 , 高校 教 师 。 研 究 方 向 :机 18- , 械 设 计 制 造 ; 吴 传 富 (9 7 ,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 .i 9 。 罔 内承 受 P 10 p i 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2 O Pa泊 松 比为 03 0G I。 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 A S S中采 用 由底 向 上 的建 NY 模 方式 .用 2 0节点 的 S LD 5单 元 划 分 网格 并 用 P G O I9 C 求 解 器求 解 。图 2用 A S S软 件 直接 建 立 的连 杆 实 体 NY

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解ANSYS是一款常用的有限元分析软件,可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。

模态分析是其中的一项重要功能,用于计算和分析结构的固有振动特性,包括固有频率、振型和振动模态,可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。

以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解,包含了基本步骤和常用命令,帮助读者快速上手模态分析。

1.创建模型:首先需要创建模型,在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型,包括几何形状、材料属性和边界条件等。

可以使用ANSYS的建模工具,也可以导入外部CAD模型。

2.网格划分:在模型创建完毕后,需要进行网格划分,将结构划分为小的单元,使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。

网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间,需要根据分析需要进行合理选择。

3.设置材料属性:在模型和网格创建完毕后,需要设置材料属性,包括弹性模量、密度和材料类型等。

可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性,也可以自定义材料属性。

4.定义边界条件:在模型、网格和材料属性设置完毕后,需要定义结构的边界条件,包括约束和加载条件。

约束条件是指结构受限的自由度,例如固定支撑或限制位移;加载条件是指施加到结构上的载荷,例如重力或外部力。

5.运行模态分析:完成前面几个步骤后,就可以执行模态分析了。

在ANSYS中,可以使用MODAL命令来进行模态分析。

MODAL命令需要指定求解器和控制选项,例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。

6.分析结果:模态分析完成后,ANSYS会输出结构的振动特性,包括固有频率、振型和振动模态。

可以使用POST命令查看和分析分析结果,例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。

下面是一个实际的案例,将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。

案例:矩形板的模态分析1.创建模型:在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型,包括矩形板的几何形状和材料属性等。

ANSYS动力学分析指南——模态分析

ANSYS动力学分析指南——模态分析

§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),即结构的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时,也可以作为其它动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析,其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析,后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。

任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使定义了也将被忽略。

ANSYS提供了七种模态提取方法,它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。

阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。

后面将详细介绍模态提取方法。

§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。

同样,无论进行何种类型的分析,均可从用户图形界面(GUI)上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。

后面的“模态分析实例(命令流或批处理方式)”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令(手工或以批处理方式运行ANSYS时)。

而“模态分析实例(GUI方式)” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。

(要想了解如何使用命令和GUI选项建模,请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>)。

<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS 命令说明。

§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题:其中:=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量(特征向量),=第阶模态的固有频率(是特征值),=质量矩阵。

基于ANSYS汽车连杆的模态分析

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

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ANSYS的某型发动机连杆动态特性分析

基于ANSYS的某型发动机连杆动态特性分析

连杆 1 7 0 0 Hz以下的 1 O阶振型进行分析 。
在1 7 0 0 Hz 以下 的前 1 0阶模 态 内 , 连杆 的振 动 形 式 多样 , 集 中表 现 为 弯 曲 振 动 。第 1阶 、 第 4阶 、 第 7阶 、 第 8阶 为 绕 轴 的 弯 曲振 动 ; 第 3阶 、 第 6 阶 为 绕 轴 的弯 曲 振 动 ; 而第 2阶
2 . 1 模 态 分 析
越多的科研工作者采用 现代设 计理论 和方法 对发动 机 的各 个 构 件 进 行 研 究 和 设 计 。 连 杆 作 为 内燃 机 结 构 中 的 一 个 重 要 构 件, 其使用可靠性很大程度上决定 了整个 发动机 的可 靠性 。传
统 的连 杆 设 计 基 本 上 为 静 态 设 计 , 很少 涉及连 杆的动 态特性 。
型, 指 出 了连 杆 的薄弱 环节 , 为今 后高性 能 的发动 机连 杆设计 提 供 了参 考 。
关键词 : 发动 机 ; 有 限元 分析 ; 连杆 ; 动态 特性
0 引 言
随 着 大 型 有 限元 软 件 的 出现 以及 计 算 机 技 术 的发 展 , 越 来
小头 圆孑 L 的中心线方向为 轴 , X 轴 由右手定则确定 。 2 有 限 元计 算 结 果 与分 析
1 . 1 基 本 原 理
Байду номын сангаас
力, 又有活塞 、 曲轴 以及 自身的惯 性力 , 还有 活塞传递 的缸 内气 体的爆发 压力 。惯性力变化与发动机 的转速有关 , 其频率 通常
是 发 动 机 基频 的谐 次 , 而气 缸 的爆 发 压 力 在 某 种 程 度 上 可 以 看
有限元 法就是对连续体进行合理 的离散化 , 使连续体离 散 成有 m个节点 、 个 单元 构成 的网格体 。由振动 学理论 可 知 , 离散后的连杆结 构系统 的动力学微分方程为 :

基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析

基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析
论依 据 。
关 键词 : 连杆 ; 振动; 模 态 分析 ; 谐 响 应分 析 中图 分 类 号 : T H1 6 ; T H 4 5 7 文献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 1 — 3 9 9 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 0 2 6 — 0 4
A b s t r a c t : A c o n n e c t i n g r o d s i o n e o ft h e mo s t i m p o r t a n t p a r t s i n c o m p r e s s o r s . T h e m a i n d e s t r u c t i o n f o o ft h o s e t h a t h a v i n g
s i x o r m o r e t h a n s x i c y l i n d e r s i s v i b r a t i o n . he T m a i n f a c t o r t h a t a f f e c t i n g t h e c o n n e c t i n g r o d ’ v i b r a t i o n i s t h e m o d e o fi t . F o r t h i s p u r p o s e ,i t t o o k t h e c o n n e c t i n g r o d f o t h e c o m p r e s s o r t h a t h a v i n g s i x c y l i n d e r s a s a n e x a m p l e . B y e s t a b l i s h i n g t h e v i b r ti a o n e q u t a i o n s a n d u s i n g i f n i t e e l e m e n t m e t h o d ,t h e m o d a l o f i t W a S a n l a y z e d ,a nd t h e c o n c l u s i o n s h o w s t h t a b y i n c r e c a  ̄ i n g t h e t h i c k n e s s f o t h e s m l a l h o l e o f t h e c o n n e c t i n g r o d , t  ̄i n g t h e n i t r i d i n g , r o l l i n g h a n d l i n g f o i t , t h e p u r p o s e f o r e d u c i n g t h e b e n d i n g c r a c k s f o i t C n a b e a c h i e v e d . I n a d d i t i o n , ,b y t h e h rm a o n i c r e s p o se n na a l y s i s f o i t ,t h e r e s o n a n c e f r e q u e n c i e s nd a a m p l i t u d e s f o t h e c o n n e c t i n g r o d , a n d t h e p o s i t i o n f o t h e m t l ,  ̄ i m u m r e s o n a n c e a m p l i t u d e w e r e c l a c u l t a e d . T h e y C n a p r o v i d e a t h e o r e t i c l a b a s i s f o r t h e s t r u c t u r l a d e s i g n a n d t h e f u r t h e r d e s i n g o p t i mi z a t i o n ft o h e c o n n e c t i n g r o d .

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼,可以有效地吸收和消耗振动能量,减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布,可以改善结构的动 态特性,提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位,应加强其刚度和稳定性,以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值,如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加,如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时,为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为, 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外,提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论,将复杂结构系统分解为若干个独立的模态,每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为,预测结构的振动响应,优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型,包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况,对模型 施加约束条件,如固定

ansys(连杆)分析

ansys(连杆)分析

2.50.51.80.31.0R1.4R0.4R0.7R45oSpline through six control points C L C LCrank pin endWrist pin end45o0.280.4 0.33 4.754.0 3.25Ansys 上机操作(第3次)Ansys 实体建模: 由底向上三维实体(连杆)分析实例操作步骤•用由底向上建模技术,练习建立汽车连杆几何模型。

并进行简单的模态分析!1.指定的工作目录,用“c -rod” 作为作业名,进入ANSYS.2. 创建两个圆形面:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Circle > By Dimensions ... •输入RAD1 = 1.4 •输入RAD2 = 1 •输入THETA1 = 0•输入THETA2 = 180, 然后选择[Apply] •输入THETA1 = 45, 然后选择[OK] –或用命令: /PREP7PCIRC,1.4,1,0,180PCIRC,1.4,1,45,180结果以及操作过程可以查看下图:3. 打开面号:–Utility Menu > PlotCtrls > Numbering ...•设置面号为“on”, 然后选择[OK]–或用命令:/PNUM,AREA,1APLOT4. 创建两个矩形面:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Rectangle > By Dimensions ...•输入X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 1.2, Y2 = 1.8, 然后选择[Apply]•输入X1 = -1.8, X2 = -1.2, Y1 = 0, Y2 = 0.3, 然后选择[OK]–或用命令:RECTNG,-0.3,0.3,1.2,1.8RECTNG,-1.8,-1.2,0,0.3结果以及操作过程可以查看下图:5. 平移工作面位置(X=6.5):–Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations +•回车后在输入窗口输入 6.5 , [OK]–或用命令:WPAVE,6.56. 设置工作平面所在的坐标系为激活坐标系:–Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane–或用命令:CSYS,47.再创建两个圆形面:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Circle > By Dimensions ...•输入RAD1 = 0.7•输入RAD2 = 0.4•输入THETA1 = 0•输入THETA2 = 180, 然后选择[Apply]•输入THETA2 = 135, 然后选择[OK]–或用命令:PCIRC,0.7,0.4,0,180PCIRC,0.7,0.4,0,1358. 在每一组面上分别进行布尔操作:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > -Booleans- Overlap > Areas +•先选择左边的一组面, 然后选择[Apply]•再选择右边的一组面, 然后选择[OK]–或用命令:AOVLAP,1,2,3,4AOVLAP,5,69. 激活总体笛卡尔坐标系:–Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian–或用命令:CSYS,010. 定义四个新的关键点:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints > In Active CS …•第一关键点, X=2.5, Y=0.5, 然后选择[Apply]•第二关键点, X=3.25, Y=0.4, 然后选择[Apply]•第三关键点, X=4, Y=0.33, 然后选择[Apply]•第四关键点, X=4.75, Y=0.28, 然后选择[OK]–或用命令:K, ,2.5,0.5K, ,3.25,0.4K, ,4.0,0.33K, ,4.75,0.2811. 激活总体柱坐标系:–Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical–或用命令:CSYS,112. 创建一条线(由一系列关键点拟合一条样条曲线):–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Splines > With Options > Spline thru KPs +•顺序拾取如图形窗口所示的六个关键点, 然后选择[OK]•输入XV1 = 1 (总体柱坐标系,关键点1处的半径)•YV1 = 135 (总体柱坐标系,关键点1处的角度)•XV6 = 1 (总体柱坐标系,关键点6处的半径)•YV6 = 45 (总体柱坐标系,关键点6处的角度)•按[OK]–或用命令:BSPLIN,5,6,7,21,24,22,1,135,,1,45结果以及操作过程可以查看下图:13. 通过关键点1和18创建一条直线 :–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Lines > Straight Line +•拾取图形窗口所示的两个关键点, 然后选择[OK]–或用命令:LSTR, 1, 1814. 打开线号,显示线:–Utility Menu > PlotCtrls > Numbering ...•设置 Line numbers为“on”, 然后选择[OK]–Utility Menu > Plot > Lines–或用命令:/PNUM,LINE,1LPLOT15. 以预先定义的线6, 1, 7, 25 为边界创建一个新面:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Arbitrary > By Lines +•拾取四条线 (6, 1, 7, 和 25), 然后选择[OK]–或用命令:AL, 6, 1, 7, 2516. 放大连杆左边部分:–Utility Menu > PlotCtrls > Pan, Zoom, Rotate …•拾取[Box Zoom]17. 创建三个线与线的倒角:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Line Fillet +•拾取线 36 和 40, 然后选择[Apply]•输入RAD = .25, 然后选择[Apply]•拾取线 40和 31, 然后选择[Apply]•按[Apply]•拾取线 30和 39, 然后选择[OK]•按[OK]–Utility Menu > Plot > Lines–或用命令:LFILLT,36,40,0.25LFILLT,40,31,0.25LFILLT,30,39,0.25LPLOT18. 以预先定义的圆角为边界,创建一新的面:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Arbitrary > By Lines +•拾取线 12, 10, 和 13, 然后选择[Apply]•拾取线 17, 15, 和19, 然后选择[Apply]•拾取线 23, 21, 和24, 然后选择[OK]–Utility Menu > Plot > Areas–或用命令:AL, 12, 10, 13AL, 17, 15, 19AL, 23, 21, 24APLOT19. 把所有的面加起来:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Add > Areas +•拾取[Pick All]–或用命令:AADD,ALL20. 选择Fit 使整个模型充满图形窗口:–Utility Menu > PlotCtrls > Pan, Zoom, Rotate …•按[Fit]21. 关闭线号和面号:–Utility Menu > PlotCtrls > Numbering ...•设置线号和面号为“ off ”, 然后选择[OK]–Utility Menu > Plot > Areas/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0APLOT22. 激活总体笛卡尔坐标系:–Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian –或用命令:CSYS,023. 以X-Z 平面 (在 Y 方向) 为对称面,对面进行镜面反射:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Reflect > Areas +•拾取[Pick All]•选择 X-Z平面, 然后选择[OK]–或用命令:ARSYM,Y,13至此,建模结果为:24. 把所有的面加起来:–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Add > Areas +•拾取[Pick All]AADD,ALL25. 关闭工作平面:–Utility Menu > WorkPlane > Display Workin g Plane–或用命令:WPSTYLE26. 存储并退出 ANSYS:–在工具条中拾取“SAVE_DB”–在工具条中拾取“QUIT”•选择“Quit - No Save!”•按[OK]–或用命令:SAVE这里,建模工作已经完成,并进行保存,图形为:FINISH/EXIT,NOSAVE。

基于ANSYS的连杆机构运动分析【毕业作品】

基于ANSYS的连杆机构运动分析【毕业作品】

基于ANSYS的连杆机构运动分析摘要:随着工业的发展,连杆机构应用越来越广泛,从工业包装行业到航空业,都能够见到连杆机构应用的影子。

连杆机构的运动特性参数决定了连杆机构能否满足使用要求。

简单的四连杆机构,我们可以根据机械原理与理论力学等理论,虽然通过选取特殊状态能够求得特定时刻的运动特性参数,包括位移、速度、加速度,但是无法求得任意时刻的运动特性参数。

而且当连杆数量的增加,求解变得更加复杂。

本文另辟蹊跷,利用有限元理论建立了有限元模型,施加载荷以及边界条件,求得了四连杆机构的运动特性参数,为更复杂的连杆机构设计提出了建设性的方法。

采用ANSYS中的相关单元对连杆机构进行模型的搭建以及边界处理,进而求的所希望的位移、速度和加速度等随时间变化的相关数据。

论文首先建立简单四连杆机构的ANSYS模型进行求解,选取某一特定状态,将结果同解析法进行对比,验证基于ANSYS的方法的可行性。

然后通过ANSYS计算某一复杂的连杆机构的运动特性,并对所分析的机构利用机械原理相关理论去分析,为进一步优化做准备。

关键词:连杆机构;有限元;解析法;Ansys建模Analysis of linkage mechanism based on ANSYSAbstract:With the development of industry, connecting rod mechanism is used more and more widely, from the industrial packaging industry to the aviation industry, will be able to see the shadow of the connecting rod mechanism application. The motion parameters of linkage mechanism determines the linkage mechanism can meet the use requirements. The four connecting rod mechanism is simple, we can according to the mechanical principle and theoretical mechanics theory, although the movement characteristic parameters to obtain a special state specific time, including the displacement, velocity, acceleration, movement parameters, but can not find any time. And when increasing the number of connecting rod, solving more complex.In this paper, another strange, the finite element model is established by using the finite element theory, the loads and boundary conditions, the motion parameters of the four bar linkage obtained, presents a constructive approach to design more complex linkages. The relevant unit in the ANSYS model is established and the boundary treatment on the connecting rod mechanism, the relevant data and then the desired displacement, velocity and acceleration variation with time. Firstly, a simple ANSYS model of four bar linkage mechanism to solve, select a particular state, the results were compared with the analytical method, the feasibility of the method validation based on ANSYS. Then the motion characteristics of a complex linkage was calculated by ANSYS, and the analysis of the mechanism of using mechanical theory to analyze, for the further optimization of preparation.Keywords: connecting rod mechanism; finite element;analytic method;Ansys modeling目录1、前言 (1)1.1 目的和意义 (1)1.2 研究手段和所做工作 (1)2、连杆机构与有限元理论方法简介 (2)2.1连杆机构 (2)2.2 有限元理论以及动力学分析 (3)2.3涉及的单元简介 (5)2.3.1 COMBIN7介绍 (5)2.3.2 BEAM4介绍 (6)2.3.3 四连杆机构的有限元模型 (7)2.4参数化APDL语言 (7)3、不同计算方法对比研究 (9)3.1 问题描述 (9)3.2解析法 (9)3.3 有限元法 (11)3.3.1建立工作文件 (12)3.3.2定义参量 (12)3.3.3创建单元类型 (13)3.3.4定义材料特性 (14)3.3.5定义实常数 (15)3.3.6创建节点 (16)3.3.7指定单元属性 (17)3.3.8创建铰链单元 (18)3.3.9指定单元属性 (18)3.3.10创建梁单元 (19)3.3.11定分析类型 (19)3.3.12打开大变形选项 (19)3.3.13确定数据库和结果文件中包含的内容 (21)3.3.14设定非线性分析的收敛值 (21)3.3.15施加约束 (22)3.3.16求解 (22)3.3.17定义变量 (23)3.3.18对变量进行数学操作 (23)3.3.19用曲线图显示角位移、角速度和角加速度 (24)3.3.20列表显示角位移、角速度 (25)3.4 方法验证说明 (26)4、变形机构的运动分析 (27)4.1 采用APDL参数化建立复杂模型 (27)4.2对模型进行分析求解 (27)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录 (33)1、前言1.1 目的和意义随着工业的发展,四连杆机构以各种变形形式出现在生活中。

ansys 14.0内燃机中连接曲轴和活塞的连杆模态分析

ansys 14.0内燃机中连接曲轴和活塞的连杆模态分析

9内燃机中连接曲轴和活塞的连杆模态分析9.1 实践任务和目的车用内燃机中连接曲轴和活塞的连杆在发动机工作时,往复摆动的频率范围33.3~100r/s ,如果连杆的固有频率在此范围内会出现共振使得连杆断裂造成事故,连杆的尺寸如图9.1所示,质量密度为7800kg/m 3,泊松比为0.3,弹性模量为210GPa ,试对该连杆进行模态分析,并确定其各阶固有频率。

9.2实验环境Ansys14.0及其以上版本软件,win7以上版本操作系统9.3实践准备1)连杆建模在三维设计软件(本书选择的软件为Creo3.0)中根据图9.1所示的连杆尺寸建立三维模型,然后在对称面将连杆分为上下对称的两个部分,删除下面部分保留上面部分,然后将文件另存为igs 格式文件,并将文件命名为rod.igs ,本书将该文件保存在光盘目录test9下面,建立的三维模型如图9.2所示。

图9.1连杆尺寸图9.2连杆对称上部三维模型2)本实验单位量纲确定本实验采用的单位为Kg-mm-s,相应量纲单位换算如下:E=210GPa=210×109N/m2=210×109(kg.m/s2)/m2=2.1×1011(kg /(s2m))=2.1×1011(kg /(s2×103×mm))=2.1×108(kg /(s2mm));ρ=7800kg/m3=7.8×103kg/(109mm3)=7.8×10-6kg/mm3;9.4实验内容和步骤Step1 改变工作名和工作路径①拾取菜单Utility Menu→File→Change Johname,弹出“Change Jobname”对话框,在“[/FILNAME]”文本框中输入rod,单击“OK”按钮完成工作名设定。

②拾取菜单Utility Menu→File→Change Directory,弹出“浏览文件夹”对话框,在对话框中选中预先建立的工作目录文件“test9”,单击“确定”按钮完成工作路径设置。

ansys模态分析详解

ansys模态分析详解

ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),即结构的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时,也可以作为其它动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析,其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析,后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。

任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使定义了也将被忽略。

ANSYS提供了七种模态提取方法,它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。

阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。

后面将详细介绍模态提取方法。

§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。

同样,无论进行何种类型的分析,均可从用户图形界面(GUI)上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。

后面的“模态分析实例(命令流或批处理方式)”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令(手工或以批处理方式运行ANSYS时)。

而“模态分析实例(GUI方式)”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。

(要想了解如何使用命令和GUI选项建模,请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>)。

<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。

§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题:其中:=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量(特征向量),=第阶模态的固有频率(是特征值),=质量矩阵。

ANSYS的发动机连杆的模态分析

ANSYS的发动机连杆的模态分析

活塞连杆组整体性能的好坏对发动机性能和寿命 有很大的影响 。而连杆作为传递交变力的部件,工
[1]
动力学微分方程可表示为:
&& + Cx & + Kx = F Mx
(1)
作条件极为恶劣。 传统的连杆设计基本上为静态设计, 式中: M——连杆质量,kg; x——连杆的振动位移,m; 对连杆的动态特性很少涉及,但是随着发动机高速化 和大功率化,静态设计越来越不能满足需要 [2]。模态 分析在评价发动机连杆动态特性时有巨大的优势,文 章基于 ANSYS 建立连杆的三维模型并进行模态分析, 计算分析连杆的动态特性,找出发动机连杆的设计缺 陷并加以改进,缩短研发周期,降低研发成本。 C——阻尼系数,N/(m/s); K——刚度系数,N/m; F——外部载荷,N。 若令 C=0 和 F=0,便得到结构的无阻尼自由振 动方程。对于连杆结构的模态计算来说,阻尼对结构 的固有频率和振型的影响很小,可以忽略不计,因此 式(1)变为:
1
ANSYS 模态分析理论
模态分析是动力学分析过程中必不可少的一个步
骤, 主要用于确定机械结构和部件的固有频率和振型, 是谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析的起点。 ANSYS 模态分析利用有限元分析理论,先把模 型离散为 n 个小单元,然后利用振动理论求解出结构 的固有频率和振型。根据振动理论,连杆结构系统的
&& + Kx = F Mx (2) 这是一个二阶常系数线性齐次微分方程,由此可
导出连杆结构的固有频率与振型的特征方程:
K − ω 2Mφ = 0
(3)
- 25 -
Auto Engineer
技术聚焦 FOCUS
2010 年 4 月

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解
– 与此相对应,地震和汽车因为地基能、发动机等的强迫力作用下 的振动称为强迫振动。
任何结构都具有其固有频率(固有周期),其值由其本身的结构所决定 自由振动是一种无衰减力的振动状态,它将永远不停地振动下去。
频率分析的相关知识
• 静力分析中,节点位移是主要的未知量。[K]d=F中[K]为刚度 矩阵,d为节点位移的未知量,而F为节点载荷的已知量。
要点:振动的形式(振形)称为振动模态。 一般从低频开始,称为1阶、2阶、3阶……固有频率,并且具
有与各个固有频率对应的振动模态。
频率分析的相关知识
• 共振(以荡秋千为例) –荡得好的人荡几下马上就能荡得很高
–这是因为与秋千摆动的节拍和时间配合起来的原因。 –换句话说,与秋千的固有频率(固有周期)相配合,这
– 小变形 – 弹性范围内的应变和应力 – 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。
应力
弹性模量 (EX)
应变
准备工作
A. 哪种分析类型?
• 如果加载引起结构刚度的显著变化,必须进行 非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型因 素有: – 应变超过弹性范围(塑性) – 大变形,例如承载的鱼竿 – 两体之间的接触
• 在动力学分析中,增加阻尼矩阵[C]和质量矩阵[M]
上式为典型的在有阻尼的交迫振动方程。当缺少阻尼及外力 时,该缺少阻尼及外力时(自由振动),该方程式简化为
频率分析的相关知识
• 固有振动模态(以弦的振动为例)
– 两端被固定住的弦,以手指弹一下张紧的弦,弦则振动 起来,振动在空气中传播发出声音。弦以下图所示的各
第三讲模态分析
• 在开始ANSYS分析之前,您需要作一些决定, 诸如分析类型及所要创建模型的类型。
• 标题如下:

基于ANSYS Workbench的连接轴模态分析

基于ANSYS Workbench的连接轴模态分析

基于ANSYS Workbench的连接轴模态分析作者:张娜陈庆兵陈科潘仁吉徐洲来源:《科技创新与应用》2017年第09期摘要:在旱地插秧机动力系统中,连接轴连接主轴和后续系统的动力传动。

因此,确定连接轴的固有频率和振型有利于后续动力系统的优化设计。

对连接轴进行模态分析,研究其固有频率的影响。

采用NX对移栽机的机架和连接轴建立三维模型,将模型导入ANSYS Workbench模块。

在Workbench中对连接轴进行网格划分,并对其进行模态求解,得出前6阶固有频率和振型。

通过分析其固有频率,避免工作时连接轴与发动机发生共振。

关键词:模态分析;Workbench;旱地插秧机连接轴2 动力系统的结构旱地插秧机动力系统传动机构如图1所示。

主动轮4位于连接轴上,传送带3使分苗系统从动轮带动分苗系统主轴转动,从而实现分苗系统的运行。

为了保证分苗系统的稳定运行,要求连接轴具有良好的稳定性,保证传送带在工作过程中始终张紧。

在传动轴齿轮与连接轴齿轮相互啮合的过程中,由于齿轮转速的不同,可能会引起连接轴共振,从而影响分苗系统的稳定运行。

3 连接轴有限元网格划分NX具有完善的建模功能,并且可以将模型导入ANSYS Workbench。

在UG中将连接轴按尺寸建模,为简化计算,忽略键槽和轴肩倒角,并另存为stp格式。

导入到ANSYS Workbench,并设置单位为mm。

设置连接轴材料为45钢,45号钢密度7890kg/m3,泊松比0.269,弹性模量209000GPa,其余采用structural steel的默认值。

划分网格时,在“details of mesh”中修改网格参数。

在“Relevance”栏中移动滑块到100,在“Element size”中设置为“5.e-003m”将“sizing”中“use advanced size function”设置为fine。

其余采用默认值。

4 施加约束在对模型施加载荷约束时,应按实际情况进行,这样才能保证计算结果的可靠性和准确性。

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

均匀直杆的子空间法模态分析1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),即结构的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时,也可以作为其它动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析,其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析,后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等,大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。

ANSYS的模态分析是线形分析,任何非线性特性,例如塑性、接触单元等,即使被定义了也将被忽略。

2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。

(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的,主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。

(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项,并进行固有频率的求解等。

指定分析类型,Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。

指定分析选项,Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options,选择MODOPT(模态提取方法〕,设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度,仅缩减法使用。

基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析
务l 匐 地
基于A N S Y S w o r k b e n c h 的汽车发动机连杆力学性能分析
M echani cal pr oper t i es anal ysi s of m ot ocar engi n e connect i n g r od based on AN SYS W or kbench
P= 7 . 9×1 0 3 k g / m 。实 验 中采 用 A n s y s wo r k b e n c h
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2 9 2 5 9 8 个 ,单 元数 为 1 9 1 5 9 0 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An s y s Wo r k b e n c h 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

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。

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活塞连杆组整体性能的好坏对发动机性能和寿命 有很大的影响 。而连杆作为传递交变力的部件,工
[1]
动力学微分方程可表示为:
&& + Cx & + Kx = F Mx
(1)
作条件极为恶劣。 传统的连杆设计基本上为静态设计, 式中: M——连杆质量,kg; x——连杆的振动位移,m; 对连杆的动态特性很少涉及,但是随着发动机高速化 和大功率化,静态设计越来越不能满足需要 [2]。模态 分析在评价发动机连杆动态特性时有巨大的优势,文 章基于 ANSYS 建立连杆的三维模型并进行模态分析, 计算分析连杆的动态特性,找出发动机连杆的设计缺 陷并加以改进,缩短研发周期,降低研发成本。 C——阻尼系数,N/(m/s); K——刚度系数,N/m; F——外部载荷,N。 若令 C=0 和 F=0,便得到结构的无阻尼自由振 动方程。对于连杆结构的模态计算来说,阻尼对结构 的固有频率和振型的影响很小,可以忽略不计,因此 式(1)变为:
FOCUS 技术聚焦
"6(
Auto Engineer
图 4 连杆的第 4 阶振型 "6( %*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9
图 10 连杆的第 10 阶振型 "6( %*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9
&& + Kx = F Mx (2) 这是一个二阶常系数线性齐次微分方程,由此可
导出连杆结构的固有频率与振型的特征方程:
K − ω 2Mφ = 0
(3)
- 25 -
Auto Engineer
技术聚焦 FOCUS
2010 年 4 月
设计 · 创新
K式中: − ω 2Mφ — =0 —特征矢量,即为结构的正则化振型。
图 9 连杆的第 9 阶振型
- 27 -
Auto Engineer
技术聚焦 FOCUS
15 ྇෴๗Ᏺဋ LHI
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2010 年 4 月
设计 · 创新
出的。 对前面建立的燃油经济性模型进行 NEDC 工况 仿真。图 12 示出优化前后,在 NEDC 工况下车速 — 时间的曲线。从图 12 可以看出,优化前 5 挡加速度 不够,所以偏离了 NEDC 工况要求车速,优化后 5 挡 加速度明显提高。图 13 示出 NEDC 工况下优化前后 的每小时燃油消耗量的曲线。虽然曲线部分区域显示 优化后油耗高于优化前,但是从整个工况来看优化后 的每小时燃油消耗量明显低于优化前的。利用 GT— post 后处理计算出 NEDC 工况下优化前后 100 km 油 耗分别是:8.423 L 和 8.085 L,可见优化后的 100 km 油耗降低了 4 百分点。
图 5 连杆的第 5 阶振型 %*41-"$&.&/5 "6( 45&1 46# '3&2 %.9
图 11 连杆的第 11 阶振型 %*41-"$&.&/5 "6( 45&1 46# '3&2 %.9
到分析结果的正确性和合理性。本例是对连杆进行自 由状态下的振型模态分析,只考虑自重影响,不考虑 连杆在做功过程中受到的交变力,并根据实际情况施 加连杆位移约束。连杆在运动时所受主要载荷的位置 为连杆大头与曲柄销接触的表面和连杆小头与活塞销 接触的内表面,因此施加位移约束为 : 约束小头与活 塞销接触区,保留沿气缸长度方向上的移动和绕小头 孔中心线的转动自由度,其他自由度给予约束;在大 头与曲柄销的接触区,保留绕大头孔中心线的转动自 由度,其他自由度予以约束。
图 7 连杆的第 7 阶振型 "6( %*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9
杆中部的 2 阶弯曲,弯曲方向沿着 y 轴上下摆动;连 杆的第 6 阶振型为连杆头部的局部弯曲,连杆大头部 分的顶端应力最大;连杆的第 7 阶振型为第 6 阶振型 的基础上引起连杆中部发生同步的弯曲,弯曲方向沿 着 Z 轴方向;连杆的第 8 阶振型为连杆沿着轴线方向 发生拉伸,大头和小头部分严重失圆。大头部分发生 严重变形;连杆的第 9 阶振型为连杆大头的局部弯扭
图 6 连杆的第 6 阶振型 %*41-"$&.&/5 "6( 45&1 46# '3&2 %.9
图 12 连杆的第 12 阶振型
由图 2 ~图 12 可以看出,连杆的第 2 阶振型为 连杆中部发生一阶弯曲,弯曲沿着 Z 轴方向,连杆中 部应力比较大;连杆的第 3 阶振型为连杆中部发生的 一阶弯曲,弯曲沿 y 轴方向,连杆中部靠近小头的部 位应力较大;连杆的第 4 阶振型为连杆中部的两阶弯 曲,弯曲方向沿着 Z 轴方向;连杆的第 5 阶振型为连
图 8 连杆的第 8 阶振型 "6( %*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9
变形,严重影响曲柄销、轴瓦和连杆大头的配合;连 杆的第 10 阶振型为典型的弯扭变形,连杆发生严重 变形,影响连杆的工作性能和寿命;连杆的 11 阶振 型为 3 阶弯曲变形,弯曲方向为 Z 轴,左右沿波浪线 摆动,使连杆发生严重的弯曲变形;连杆的 12 阶振 型为 3 阶弯曲变形,弯曲方向为 y 轴,上下沿波浪形 摆动。 (下转第 32 页)
&-&.&/54 "6(
由表 1 可以看出,在 400 Hz 以下的频率有 3 个, 1 000 ~ 2 000 Hz 以内的有 8 个,在 1 300 ~ 1 900 Hz 频率段内,平均每 100 Hz 均有一阶模态,模态分布 比较密集,并且相邻的模态频率之间相差特别小。由 计算结果可以得出,在发动机工作过程中由于连杆模 态密集,很容易发生共振的响应,从而引起连杆的动 应力过大,以至于出现疲劳和裂纹等损坏现象。特别 是在 400 Hz 以下的第 1、 第 2 及第 3 阶模态, 频率较低, 而发动机在低频段内的激励也较大,极易引起较大的 动态响应。 第 2 阶和第 3 阶模态之间的频率相差 23 Hz、 第 7 和第 8 两阶模态的频率相差仅为 5 Hz,相邻的 两阶模态之间频率相差较小,易引起相邻模态的耦合
Lanczos 方法进行求解, 取 2 000 Hz 以下的模态。 通过 计算结果, 计算发现在 2 000 Hz 以内的频率共有 12 阶, 如表 1 所示。 发动机连杆的振型, 如图 2 ~图 12 所示。
表 1 连杆固有频率计算结果 阶数 1 2 3 4 5 6 计算值 26.302 324.59 347.56 929.76 1 065.2 1 391.6 阶数 7 8 9 10 11 12 计算值 1 446.3 1 451.7 1 631.7 1 768.7 1 855.2 1 900.7 Hz
2010(4)
Design-Innovation
FOCUS 技术聚焦
Auto Engineer
ANSYS 的发动机连杆的 模态分析
李腾腾 钟绍华 (武汉理工大学汽车工程学院)
摘要: 发动机连杆的动态特性研究是提高发动机性能的重要途径,模态分析是对连杆动态特性进行合理评价的重要 手段。文章利用 ANSYS 软件建立了某发动机连杆的三维模型,通过计算得出了该连杆的模态分布情况以及每一模 态下的振型,找出了连杆结构上的薄弱环节。指出在连杆设计过程中要采取抗弯扭措施,尽量减少变形对连杆性 能的损失。 关键词: 发动机; 连杆; 模态分析; 有限元法
图 3 连杆的第 3 阶振型
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第4期
Design-Innovation
%*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9 "6( %*41-"$&.&/5 45&1 46# '3&2 %.9
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连杆有限元模型建立
有限元模型建立的好坏对有限元分析结果有很大
的影响,在连杆静力分析时可以采用平面对称结构 对连杆进行应力和强度分析,但在模态分析中,平面 或梁系结构很难模拟连杆的真实结构。因此文章利用 ANSYS 建立连杆的三维模型,避免从其他 CAD 软件 导入 ANSYS 软件中带来的很多问题。为了便于整体 分析,把连杆大头的部分结构做成一个整体结构,减 少了螺栓连接,并在相应位置做了倒角处理,使三维 连杆模型更加接近实际。 在有限元模型中,网格划分要综合考虑连杆模型 和计算机资源配置情况,达到网格数量的最优化,得 到符合实际的仿真结果。连杆模型是三维模型,因此 文章采用 solid92 单元,该单元是四面体单元,划分 网格后的连杆模型有 4 104 个单元,7 655 个节点。 建立的有限元模型,如图 1 所示。
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ANSYS 模态分析理论
模态分析是动力学分析过程中必不可少的一个步
骤, 主要用于确定机械结构和部件的固有频率和振型, 是谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析的起点。 ANSYS 模态分析利用有限元分析理论,先把模 型离散为 n 个小单元,然后利用振动理论求解出结构 的固有频率和振型。根据振动理论,连杆结构系统的
Modal Analysis of Engine Connecting Rod Based on ANSYS
Abstract: The research on dynamic characteristic of connecting rod is an important way to improve the performance of engine and the dynamic characteristics of connecting rod can be evaluated effectively by modal analysis. In this paper, a three-dimensional model of a connecting rod is set up based on ANSYS software, and the modal analysis theory is analyzed by calculating. Through modal analysis, distribution of modes and associated modal shapes are acquired, the weak points of connecting பைடு நூலகம்od have been found out at the same time. This paper points out that in the design of connecting rod, we should take anti-torsion measures and reduce loss of the performance of connecting rod resulted from torsion. Key words: Engine; Connecting rod; Modal analysis; Finite Element Method(FEM)
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