大型工程软件基于CATIA和ANSYS的活塞温度场分析
基于ANSYS活塞有限元温度场的分析与研究
第一章绪论1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置,它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。
经历了百余年的发展,内燃机领域己经取得了长足的进步。
在现今的社会中,几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。
回溯整个20世纪,内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步,其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。
随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中,以及愈来愈严格的排放法规的现在,发动机正想着高转速,高功率和低油耗的方向发展。
功率的提高必然带来一些负面的影响。
如加重了活塞的热负荷,使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道,大大降低了活塞磁疗的强度,严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。
缸内爆发压力增加是活塞和缸体,缸盖承受的接卸符合增大。
可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。
此外压力升高率过大时,会产生敲缸现象,增加发动机的燃烧噪声,当提高发动机的转速以增大发动机的功率时,各个运动部件的惯性力也随着增加,使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。
缸体对活塞的支撑力也增大。
于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。
尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失,但却同时造成发动机的NOx排放增加,在排放法规要求日益严格的今天,这一问题的得与失显得要慎重考虑。
不仅如此,还会造成摩擦损失的增加。
在满足发动机高功率设计的同时,必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。
发动机是一切动力装置的新章,而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重,活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键,直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。
为了减少发动机的整机重量和提高功率,中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料,为了减少活塞的传热和热负荷,人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。
有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。
由于它的通用性和有效性,受到工程技术界的高度重视。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析谢琰;席明智;刘晓丽【摘要】对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度.用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形.计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2012(018)003【总页数】8页(P5-11,16)【关键词】柴油机;活塞;有限元分析;温度场;热应力【作者】谢琰;席明智;刘晓丽【作者单位】长安汽车动力研究院,重庆400021;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,呼和浩特014010;渤海船舶职业技术学院,葫芦岛市125000【正文语种】中文活塞作为内燃机的关键零部件之一,其结构复杂,在工作过程中受到高温燃气的冲击,承受很高的热负荷。
这使得活塞头部乃至整个活塞温度都很高,且分布不均匀,不同部位温度梯度大,并且产生很大的热应力和热变形,由此导致活塞运行过程中出现拉缸、胶结、抱死,以至于活塞顶面开裂,直接影响到柴油机的性能,燃烧室的温度分布也影响到柴油机HC排放[1,2]。
由于热应力是活塞总应力的主要来源,热膨胀变形在活塞总变形中占绝对主导地位,而机械负荷的作用仅使活塞边缘向内弯曲、抵消边缘向外的热膨胀变形,其贡献很小[3]。
因此,本文对活塞的热负荷进行研究,暂不考虑机械负荷的影响。
为了考察改进后的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧室活塞的热负荷状况,对其进行了温度场试验,实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的工作温度。
利用Pro/E软件建立了活塞的实体模型,通过Ansys软件进行了活塞温度场的三维数值模拟计算分析。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法,广泛应用于各种工程结构中。
然而,焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。
因此,对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。
本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究,以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型,设定材料的热学性能参数,如热导率、比热容等。
同时,设定焊接过程中的热源模型,如高斯热源模型等。
2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分,以便更好地捕捉温度场的分布情况。
设定边界条件,包括环境温度、对流换热系数等。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解,得到焊接过程中的温度场分布情况。
分析温度场的变化规律,研究焊接过程中的热循环行为。
三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型,设定材料的力学性能参数,如弹性模量、泊松比等。
同时,导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。
2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分,并设定约束条件,如固定支座等。
这些约束条件将影响应力的分布情况。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解,得到焊接过程中的应力分布情况。
分析应力的变化规律,研究焊接过程中的残余应力分布情况。
同时,结合温度场分析结果,研究温度与应力之间的关系。
四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟,得到了焊接过程中的温度场分布情况。
结果表明,在焊接过程中,焊缝处的温度较高,随着距离焊缝的增大,温度逐渐降低。
同时,随着时间的变化,温度场呈现出明显的热循环行为。
2. 应力分析结果在应力分析中,我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。
这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域,并呈现出一定的规律性。
基于有限元软件ANSYS的活塞杆多场耦合计算与研究
基于有限元软件ANSYS的活塞杆多场耦合计算与研究随着现代工程技术的不断发展,活塞杆在各种机械设备和工程中扮演着重要的角色。
活塞杆是一种常见的机械零部件,广泛应用于发动机、液压缸、压力机和其他各种动力机械和传动机构中。
活塞杆的运动状态和受力状态对机械设备的性能和寿命有着重要的影响,因此对活塞杆的多场耦合计算和研究显得尤为重要。
有限元软件ANSYS是当今世界上最流行的有限元分析软件之一,其强大的多物理场耦合分析功能和精准的计算方法,使得可以对活塞杆进行全面的多场耦合计算与研究。
通过ANSYS软件,可以进行活塞杆的结构强度、热传导、疲劳寿命、动力学分析等多个方面的耦合计算,求解活塞杆在不同工况下的应力、变形、温度分布等,从而为活塞杆的设计和优化提供准确的理论依据。
本文将基于有限元软件ANSYS,对活塞杆的多场耦合计算与研究进行详细介绍和分析,旨在为相关领域的工程师和研究人员提供参考和借鉴。
一、活塞杆的结构特点活塞杆是一种长条形零件,通常是由钢材或铝合金等材料制成。
其结构特点主要包括直径大、长度长、受力复杂等。
在工作过程中,活塞杆不仅需要承受来自活塞端的压力载荷,还要承受由连杆传递过来的拉伸载荷,同时还要承受由于高速往复运动产生的惯性力和地心引力,因此活塞杆的受力状态非常复杂。
活塞杆在工作过程中还会因摩擦、磨损、热胀冷缩等原因产生温度场和热应力,这些因素都会对活塞杆的强度和稳定性产生影响。
活塞杆的多场耦合计算需要考虑结构强度、热传导、动力学等多个方面的因素,以确保活塞杆在工作过程中具有良好的性能和可靠的安全性。
二、活塞杆的多场耦合计算模型1. 结构强度分析活塞杆的结构强度分析是活塞杆多场耦合计算的重要内容之一。
在结构强度分析中,需考虑活塞杆在压力载荷和拉伸载荷作用下的应力、应变和变形,以及受力部位的疲劳寿命和安全系数。
在有限元软件ANSYS中,可以建立活塞杆的三维有限元模型,对其进行静力学分析,求解活塞杆的局部和整体应力、变形等参数,进而评估活塞杆的结构强度和稳定性。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程的不断发展,焊接作为连接各种金属材料的主要方法之一,其过程和结果的研究显得尤为重要。
焊接过程中,由于局部高温和材料相变,会产生复杂的温度场和应力分布。
这些因素对焊接接头的质量、强度和耐久性有着重要影响。
因此,对焊接温度场和应力的数值模拟研究具有重要的理论和实践意义。
本文将基于ANSYS软件,对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究。
二、焊接温度场的数值模拟研究1. 模型建立在ANSYS中,我们首先需要建立焊接过程的物理模型。
根据实际焊接条件和材料属性,设定合理的几何尺寸和材料参数。
同时,考虑到焊接过程中的热源分布、热传导和热对流等因素,我们采用适当的热源模型和边界条件。
2. 网格划分与求解在模型建立完成后,我们需要对模型进行网格划分。
网格的精细程度将直接影响模拟结果的准确性。
接着,我们设定求解器,根据热传导方程和边界条件进行求解。
通过求解,我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟研究1. 热弹性-塑性本构关系焊接过程中,由于温度的变化,材料将发生热膨胀和收缩。
这种热膨胀和收缩将导致应力的产生。
在ANSYS中,我们需要设定合理的热弹性-塑性本构关系,以描述材料的热膨胀和收缩行为。
2. 应力求解与分析根据热弹性-塑性本构关系和温度场分布,我们可以求解出焊接过程中的应力分布。
通过对应力结果进行分析,我们可以了解焊接接头的应力分布情况,从而评估焊接接头的质量和强度。
四、结果与讨论1. 温度场分布通过ANSYS模拟,我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
温度场分布将直接影响焊接接头的质量和性能。
我们可以观察到,在焊接过程中,局部高温将导致材料发生相变和热膨胀。
同时,热对流和热传导将影响温度场的分布。
2. 应力分布在得到温度场分布的基础上,我们可以进一步求解出焊接过程中的应力分布。
应力分布将直接影响焊接接头的强度和耐久性。
基于ANSYS的某活塞热应力分析
为热 膨胀 系数 ) 。
0 xy
=
0y
=
T, 而
= 0。 由于
ex , ey ,
物体 存 在 约束, 伴随 热 变 形 将 产 生 热 应 力 !Tx , !Ty , ∀Txy 。 这些 热 应 力又 引 起 该 处 发 生 弹性 应 变 则该点的总应变 exy 。
x y [ 3]
为
= = =
T
=
=
T ( 1 1 0) T + [
0] e]
则式( 1) 可变为[ ] = [ 确定。
物体内各点的位移量由[ ] 确定, 而热应力由[
由应力表达式 #= D [ ] 可得热应力矩阵表达式 [# T ] = [ D] [
e]
= [ D] ([ ] - [
0]
)
2
建立模型
严格按 照 活塞 图纸 尺寸 标 注, 在 SolidWorks2010
ex ey
+ +
0x 0y
( 1)
T
点击 M esh 按 钮, 选 中活 塞模 型进 行 自由 网格 划分, 共产生 6160 单元 10448 节点, 如图 1 所示。
xy
exy
+ 0
x y xy )
令[ ] = ( (
0 x 0y 0x y )
, [
e]
= (
e]
ex ey ex y )
T
,[
0]
PR XY 0. 3
( 4) 定义求解类型。 GU I: M ain Menu > Solution> Analysis T ype> New Analysis, 设定分析类型为 S teady- Stat e( 稳态) 。 ( 5) 施加载荷。 GU I: Main M enu> Solution> Define Loads> Apply > T hermal> Convent ion> On Areas, 分别对活塞上表面
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展,焊接技术已经成为一种关键的加工手段,被广泛应用于机械、船舶、航空和汽车等领域。
焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接质量和性能。
因此,通过数值模拟研究焊接过程中的温度场和应力分布具有重要意义。
本文利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟,分析温度场和应力的变化规律,为优化焊接工艺和提高焊接质量提供理论依据。
二、ANSYS在焊接模拟中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,具有强大的热-结构耦合分析能力。
在焊接模拟中,ANSYS可以通过建立三维模型、设定材料属性、加载边界条件等方式,对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟。
通过ANSYS软件,我们可以更加直观地了解焊接过程中的温度分布和应力变化,为优化焊接工艺提供理论支持。
三、焊接温度场的数值模拟研究(一)模型建立与材料属性设定在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型,设定材料属性,包括热导率、比热容、热膨胀系数等。
根据实际焊接工艺,设定加热速度、焊接速度、电流等工艺参数。
(二)温度场模拟与结果分析在设定的边界条件下,模拟焊接过程中的温度场变化。
通过分析温度场的分布规律,可以得出焊接过程中各部位的加热速度、峰值温度等信息。
结合实际工艺参数,可以优化焊接工艺,提高焊接质量和效率。
四、焊接应力的数值模拟研究(一)模型建立与材料属性设定与温度场模拟类似,在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型,并设定材料属性。
考虑到焊接过程中的热-结构耦合效应,需要设定材料的热弹塑性本构关系。
(二)应力模拟与结果分析在模拟过程中,考虑热-结构耦合效应,分析焊接过程中的应力分布和变化规律。
通过分析应力场的分布、大小和变化趋势,可以得出焊接过程中各部位的应力状态和变形情况。
结合实际工艺参数和应力分布规律,可以优化焊接工艺,减少焊接过程中的残余应力和变形。
五、结论本文利用ANSYS软件对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
毕业论文:基于ANSYS的发动机活塞三维温度场计算(终稿)-精品
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章引言活塞作为发动机最主要的受热零件之一,它的工作情况直接关系到内燃机的工作可靠性和使用耐久性,同时直接影响到内燃机的排放性能,其性能的好坏直接影响整机的性能。
高压气体燃烧产生的高温使活塞顶部乃至整个活塞温度很高,且温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形。
随着内燃机在强化程度和热负荷水平上的大幅度提高,由于特殊工况,而导致的热负荷问题更加突出。
如何正确模拟内燃机的特殊工况,准确计算活塞的温度场是解决这个问题的关键。
如果得到其温度场,便可有目的地进行设计,减小热负荷。
有限元方法的基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元,在每个单元内,选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式,借助于变分原理或加权余量法,将微分方程离散求解。
因此,对活塞进行温度场、应力场以及热负荷和机械负荷共同作用的藕合应力场进行有限元分析,了解活塞的热负荷和综合应力分布情况,进而改进活塞,提高其工作可靠性具有重要意义。
本文利用Pro/Engineer软件的实体建模方法,建立了某汽油机活塞的三维实体模型,对其温度场在三维有限元软件ANSYS中进行了模拟分析。
1.1活塞热状态概述活塞是内燃机中处在非常不利的条件下的一个重要零件[1]。
活塞受高温燃气周期行的加热作用。
燃气的最高瞬时温度一般都高达1600 ~ 1800℃,燃气平均温度也高达600 ~ 800℃左右。
随着内燃机的平均有效压力和活塞平均速度的不断提高,就伴随着燃气最高温度和平均温度相应升高。
高温燃气与活塞顶面通过对流和辐射两种方式将热量传给活塞,从而使活塞组的热负荷显著提高。
评定活塞热状态首先是活塞顶的最高温度,一般活塞顶的最高温度高达300 ~ 350℃左右,随着汽缸直径增大则其最高温度更高,再加上大缸径活塞其壁较厚,则内外壁面的温差较大,从而使产生的热应力也较大。
基于ANSYS的温度场仿真分析
基于ANSYS的温度场仿真分析引言:在工程领域中,温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。
温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。
在这里,我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。
一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析(FEA)软件。
它提供了强大的功能,可以进行多种物理和工程仿真分析。
其中,温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模:使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。
可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。
2.网格划分:对几何模型进行网格划分,将其划分为小的单元,以便进行离散化计算。
网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。
3.边界条件设置:根据具体的问题,设置物体表面的边界条件。
边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。
边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。
4.材料属性定义:为物体的各个部分定义材料属性,包括热导率、热容量等。
这些属性是模型中的重要参数,直接影响到温度场的分布。
5.求解和后处理:设置求解算法和参数,开始进行仿真计算。
求解器根据网格和边界条件,通过计算方程的数值解确定温度场的分布。
计算完成后,可以进行后处理,生成温度场分布的图表和报告。
三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。
以下是几个示例:1.电子设备散热优化:通过温度场仿真分析,可以评估电子设备中的热量分布,优化散热设计,确保电子设备的正常运行和寿命。
2.汽车发动机冷却系统:通过温度场仿真分析,可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布,优化冷却器的大小和位置,提高冷却效果。
3.空调系统设计:通过温度场仿真分析,可以预测房间内的温度分布,优化空调系统的风口布置和参数设置,实现舒适的室内温度。
4.熔炼和混合过程优化:通过温度场仿真分析,可以预测熔炼和混合过程中的温度分布,优化加热和冷却控制,提高生产效率和产品质量。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展,焊接技术作为制造行业中的关键工艺之一,其质量和效率直接关系到产品的性能和寿命。
因此,对焊接过程中的温度场和应力分布进行精确的数值模拟显得尤为重要。
ANSYS作为一种功能强大的工程仿真软件,被广泛应用于焊接过程的数值模拟。
本文将基于ANSYS,对焊接温度场和应力进行数值模拟研究,以期为实际生产提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型,包括焊件、焊缝、热源等部分。
其中,焊件采用实体单元进行建模,焊缝则通过线单元进行描述。
热源模型的选择对于模拟结果的准确性至关重要,应根据具体的焊接工艺选择合适的热源模型。
2. 材料属性及边界条件根据实际材料,设定焊件和焊缝的热导率、比热容、热扩散率等物理参数。
同时,设定初始温度、环境温度等边界条件。
3. 数值模拟过程根据焊接过程的实际情况,设定加载步和时间步长,模拟焊接过程中的温度变化。
通过ANSYS的热分析模块,得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 耦合分析焊接过程中,温度场的变化会导致应力的产生。
因此,在ANSYS中,需要将在热分析中得到的温度场结果作为应力分析的输入条件,进行热-结构耦合分析。
2. 本构关系与材料模型根据材料的本构关系和力学性能,设定材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数。
同时,选择合适的材料模型,如各向同性模型或各向异性模型。
3. 应力分析通过ANSYS的结构分析模块,结合耦合后的温度场结果,进行应力分析。
得到焊接过程中的应力分布和变化情况。
四、结果与讨论1. 温度场结果分析通过ANSYS的后处理功能,可以得到焊接过程中的温度场分布图。
分析温度场的分布情况,可以了解焊接过程中的热传导和热扩散情况,为优化焊接工艺提供依据。
2. 应力结果分析同样,通过后处理功能可以得到焊接过程中的应力分布图。
分析应力的分布和变化情况,可以了解焊接过程中产生的残余应力和变形情况。
基于ANSYS的温度场仿真分析
式中 : [ C] 为 比热 矩 阵 , 考 虑 系 统 内能 的增 加 : [ K] 为 传 导 矩
阵, 包含导热系数 、 对流 系数及辐射率 和形 状 系数 ; { T} 为节点温
度向量 ; { T} 为温度对时间的导数 ; { Q( t ) } 为 节 点 热 流 率 向量 , 包 含 热 生成 。 温 度箱 中温 度 场 的热 分 析 属 于 瞬态 热 传 导过 程 。
绝 缘 材 料 在 高 温 条 件 下 长 期 运 行 会 造 成 热 老 化 ,使 绝 缘 性 能下降 , 在 高压 作 用 下 易 击 穿 。 为 进 一 步 研 究 绝 缘 材 料 热 老 化 特 性, 需 将 绝 缘 材 料 放 置 在 温 度 箱 内长 时 间加 热 , 再 进 行 绝 缘 特 性
元 类 型 、定 义 材 料 相
导热 系数 比热 容
( Wl m・ x、 J / k g ‘ K
0 . 1 2 1 0 3 0
生热 率
W/ m3
密度
k g / m
1 . 2 型 通 用 有 限元 分 析 软 件 , 能 够 进 行 机 械 应
1 0 4
基 于 AN S Y S的 温 度 场 仿 真 分 析
基于 A N S Y S的温度场仿真分析
T e mp e r a t u r e F i el d Si mu l a t i o n An a l y s i s B a s e d o n ANS YS
潘从 芳 娄 毅 蔺 红 张起 瑞 杨 一 胡 贺 明
( 新 疆 大学 电 气工程 学 院 , 新疆 鸟 鲁木 齐 8 3 0 0 4 7 )
ANSYS温度场分析步骤
ANSYS温度场分析步骤
基于ANSYS12.0的钢板加热过程分析
一.问题描述
2000mm*2000mm*100mm的钢板,初始温度为20℃,放入温度为1120℃的加热炉内加热,已知其换热系数125W/㎡*K,钢板的比热为460J/kg*℃,密度为7850kg/m 3,导热系数为50W/m*K,计算钢板1800s后的温度场分布。
二.问题分析
此问题属于热瞬态分析(载荷随时间变化),选用SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。
SOLID70——三维热实体,具有8各节点,每个节点一个温度自由度。
该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。
三.操作步骤
1.定义分析文件名
Utility Menu>File>Change Jobname,输入Example。
2.定义单元类型
Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。
3.定义材料属性
①传导系数
②材料密度
③材料比热
4.建立几何模型
5.设置单元密度
6.划分单元
7.施加对流换热载荷
8.施加初始温度
9.设置求解选项
10.温度偏移量设置
11.输出控制
12.存盘
13.求解
14.显示温度场分布云图
四.总结
本例介绍了应用ANSYS对钢板加热过程进行瞬态热分析的基本步骤,应用此方法可对各种零件加热过程的温度场分布进行分析。
基于ANSYS Workbench的某活塞发动机曲轴有限元模态分析
基于ANSYS Workbench的某活塞发动机曲轴有限元模态分析曲轴是活塞发动机非常关键的部分,曲轴的振动特性对发动机有很大的影响。
本文以某型发动机曲轴为研究对象,利用Solidworks软件进行活塞发动机曲轴的三维建模,然后再导入ANSYS Workbench有限元软件进行模态分析,得出曲轴的固有频率和振型,为曲轴的设计与优化提供了理论依据。
标签:有限元;ANSYS Workbench;曲轴;模态分析Abstract:Crankshaft is a very important part of a piston engine. The vibration characteristic of crankshaft has a great influence on the engine. Taking the crankshaft of a certain engine as the research subject,the 3D modeling of the crankshaft of the piston engine is carried out by using SolidWorks software. Then the modal analysis is carried out by introducing the ANSYS Workbench finite element software to obtain the natural frequency and mode shape of the crankshaft,which provides the theoretical basis for the design and optimization of the crankshaft.Keywords:finite element;ANSYS Workbench;crankshaft;modal analysis引言曲轴是活塞发动机中非常关键的组成部分。
天然气发动机活塞温度场仿真计算与测试分析
天然气发动机活塞温度场仿真计算与测试分析何永生;吴宇波【摘要】借助ANSYS有限元分析软件对新开发的天然气发动机的活塞进行额定工况点的温度场仿真计算,得到活塞此工况点的温度场分布和疲劳安全系数.同时利用硬度塞法对活塞在整个工作过程中的温度场进行测试分析,验证仿真计算结果的可靠性.仿真计算结果表明,活塞最高温度为316.4℃,位于燃烧室顶部,疲劳安全系数大于1.设计的活塞满足天然气发动机的工作要求.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2017(023)004【总页数】4页(P5-8)【关键词】气体发动机;活塞;温度场;仿真计算;测试【作者】何永生;吴宇波【作者单位】龙口龙泵燃油喷射有限公司,龙口265701;上海柴油机股份有限公司,上海200438【正文语种】中文活塞是内燃机的一个重要零件。
由于活塞结构复杂、工作条件恶劣,其可靠性对保证发动机性能而言至关重要。
天然气发动机以其利用清洁能源,有利于节能减排的优势正在悄然兴起。
随着天然气发动机应用的逐步普及,天然气发动机所暴露的问题也逐渐增多,特别是活塞。
其与高温高压燃气直接接触,承受较大的热负荷,易产生开裂、烧蚀等问题。
本分析从研究活塞温度场的角度出发,利用有限元仿真软件,对天然气发动机活塞在工作状态下的温度场分布和疲劳安全系数进行仿真计算,并通过活塞温度场测量试验来验证有限元仿真计算的可靠性,为天然气发动机活塞的设计提供相关指导。
2.1 活塞3维建模及网格划分在有限元分析之前,对仿真对象进行建模和网格划分。
研究的活塞带敞口型燃烧室。
根据活塞的CAD设计图纸,利用Pro/E建立了活塞的全尺寸3维模型,如图1所示。
考虑到活塞对称性,取活塞、活塞销和连杆小头的1/2模型作为有限元分析模型,划分有限元网格。
活塞有限元网格如图2所示,活塞有限元网格信息见表1。
为了使仿真结果更加精确,可根据情况调整网格结构,并对必要部位进行适当修正。
2.2 活塞材料及边界条件活塞材料为BH122A(牌号),其主要物理机械性能见表2。
ANSYS温度场分析步骤
ANSYS温度场分析步骤ANSYS是一个计算机辅助工程软件,用于各种工程应用,包括温度场分析。
温度场分析主要是用于研究物体或系统内部的温度分布和传热过程,可以帮助工程师设计和改进各种设备和系统。
下面是ANSYS温度场分析的步骤:1.准备工作:在进行温度场分析之前,首先需要准备好相关的几何模型和网格模型。
几何模型可以由CAD软件创建,而网格模型则需要使用ANSYS的网格生成工具进行网格划分。
在划分网格时,需要根据物体的几何形状和分析需求选择适当的划分网格的密度。
2.定义材料属性:在进行温度场分析之前,需要定义材料的热传导特性。
在ANSYS中,可以通过输入材料的热导率、热容和密度来描述材料的热性能。
3.设置边界条件:在进行温度场分析时,需要设置边界条件来模拟实际工况。
边界条件包括:初始温度、加热或冷却速率、边界热通量以及固定温度等。
这些条件将对温度场分析结果产生重要影响,需要根据实际情况进行合理设置。
4.定义物理模型:在进行温度场分析之前,需要定义物理模型,包括所分析的物体的几何形状和边界条件。
在ANSYS中,可以通过绘制几何模型和设置边界条件来定义物理模型。
5.进行温度场分析:在完成前面的准备工作后,就可以进行温度场分析了。
在ANSYS中,可以使用热传导分析模块来进行温度场分析。
热传导分析模块可以通过求解热传导方程来计算温度场的分布。
分析结果可以包括温度场分布图、热通量分布图等。
6.分析结果的后处理:在进行温度场分析之后,需要对分析结果进行后处理。
后处理包括对温度场分布图进行可视化分析,并进行更详细的结果解释。
可以通过ANSYS提供的后处理工具来进行分析结果的可视化。
7.结果验证和优化:在进行温度场分析之后,可以对分析结果进行验证和优化。
验证可以通过与实际测量数据进行对比来确定模型的准确性和可靠性。
优化则可以通过调整边界条件、几何形状或材料属性等来提高设计的性能。
总结:ANSYS温度场分析是一个非常强大和灵活的工程分析工具,可以用于各种工程应用。
基于RecurDyn和Ansys Workbench的活塞强度分析
基于RecurDyn和Ansys Workbench的活塞强度分析作者:王小兵刘保安王玉芝一、引言某款发动机是公司最近攻关的难点,其曲轴系动力学、曲柄连杆机构静强度计算是公司基础研究项目的重要内容。
从资源使用角度考虑,分别采用了多体动力学仿真软件RecurDyn和高端通用机械分析程序Workbench进行分析。
RecurDyn进行的运动学/动力学计算结果可作为相关部件强度计算的载荷输入数据,这是活塞强度分析的数据准备工作。
活塞作为发动机最重要的部件之一,所处的工作条件也相当恶劣:高温、高速、高负荷、润滑不良、冷却困难等。
因此它也是发动机中故障发生率较高的零件之一。
在工作中,活塞除受高温燃汽的加热作用外,还受到气体压力、往复惯性力和连杆在倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用。
这些外部载荷通过软件模拟可以得到量化工作过程中活塞应力分布,并可评估活塞的强度是否满足使用要求,并为活塞设计提供参考。
本文应用多体动力学方法和有限元方法对某款发动机活塞进行强度分析,通过分析结果评估热负荷与机械负荷对活塞应力分布的影响,确定高应力区域,并为设计提供参考。
二、某款发动机曲轴系多体动力学建模某型号发动机是一款133排量的发动机。
将CATIA产生的曲柄连杆机构三维实体模型不经简化直接以STP格式导入RecurDyn软件。
在模型中忽略油环衬套、活塞环等零件,与其他零件相比,这些零件的质量很小,对运动学/动力学计算结果的影响可忽略不计。
曲柄连杆机构的CATIA模型如图1所示。
导入RecurDyn软件的模型如图2所示。
曲柄连杆机构的CATIA模型曲柄连杆机构多体动力学模型将滚针轴承的滚针和支架合并为一个零件,模拟整个滚针轴承。
根据连杆机构的实际工作情况,模型中采用的约束方式与施加的载荷条件为:◎活塞与地面间:Translational(平动);活塞与活塞销间:Revolute(转动)。
◎活塞销与连杆小端间:Revolute;连杆大端与曲柄销间:Revolute。
基于有限元软件ANSYS的活塞杆多场耦合计算与研究
基于有限元软件ANSYS的活塞杆多场耦合计算与研究一、引言汽车发动机是现代交通工具的核心部件之一,而活塞杆是发动机中的重要部件,其工作环境非常复杂。
在高速运转的情况下,活塞杆会承受来自活塞的冲击力和连杆的拉力,同时还需兼顾循环热应力和气动力的影响。
活塞杆的设计必须考虑多种因素的复杂耦合作用。
有限元软件ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以用于复杂结构的多场耦合分析。
本文将以活塞杆为对象,利用ANSYS软件进行活塞杆的多场耦合计算与研究,旨在研究活塞杆在不同工况下的受力情况和热应力分布规律,为活塞杆的设计与优化提供理论依据。
二、活塞杆的结构与工作原理活塞杆是发动机中连接活塞和连杆的重要传动部件,其主要作用是将活塞产生的往复运动转化为连杆的旋转运动,并将动力传递给曲轴。
在发动机运转过程中,活塞杆要承受来自活塞的冲击力和惯性力,以及来自连杆的拉力。
由于活塞杆与曲轴连接的端头还需承受转动力矩的作用。
活塞杆还受热应力的影响,由于其工作温度较高,会产生热膨胀效应,这也是需要考虑的因素。
三、活塞杆的多场耦合分析1. 结构分析对活塞杆的结构进行分析。
活塞杆通常采用钢材制作,其结构是复杂的,需要考虑到内部的孔洞、弯矩和拉力分布等。
采用有限元软件ANSYS,可以建立活塞杆的三维有限元模型,包括材料属性、几何形状和约束条件等。
然后进行静态分析,得到活塞杆在不同工况下的受力情况,如最大应力、最大位移等。
2. 热-结构耦合分析活塞杆在发动机工作时会受到高温气体的影响,因此热效应也需要考虑进去。
通过在有限元模型上施加热载荷,可以进行热-结构耦合分析。
在一定工况下,热载荷将导致活塞杆产生热应力,而这些热应力又会影响活塞杆的结构性能。
通过热-结构耦合分析,可以得到活塞杆在不同工况下的温度场分布和热应力分布规律。
四、案例分析以某型号柴油发动机的活塞杆为例,进行多场耦合分析。
根据活塞杆的实际结构参数和工作条件,建立其三维有限元模型,包括材料、几何形状、约束条件等。
ANSYS活塞温度场分析全过程
目录1 概述------------------------------------------ 22 CATIA建模过程--------------------------------- 33 ANSYS分析过程------------------------------- 104 结果分析-----------------------------------------145 参考文献--------------------------------------- 151.概述1.16125柴油机活塞基本条件:缸径D=125mm,6缸。
活塞是发动机的重要部件之一,与连杆构成发动机的心脏,活塞通过运动将燃气压力传递给连杆再至曲轴输出,工作时受力非常复杂。
随着发动机向高速度、低能耗方向发展,采用优异的活塞材料尤为重要。
目前车用发动机活塞材料以铝合金为主,其他还有铸铁、铸钢、陶瓷材料等。
铝合金的突出优点是密度小,可降低活塞质量及往复运动惯性,因此铝合金活塞常用于中、小缸径的中、高速发动机上。
与铸铁活塞相比,铝合金活塞导热性好,工作表面温度低,顶部的积碳也较少。
活塞由活塞顶、头部、群部构成。
活塞顶的形状分为平顶、凸顶、凹顶。
平顶活塞结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀、多用在汽油机上;凸顶活塞顶部突起成球状、顶部强度高、起导向作用、有利于改善换气过程。
凹顶活塞可改变可燃混合气的形成和燃烧,还可以调节压缩比。
活塞工作时温度很高,顶部可达600 ~700K,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受的气体压力很大,特别是作功行程压力最大,柴油机活塞顶燃烧最高压力5~9Mpa,这就使活塞产生冲击和侧压力的作用;根据活塞实际最大爆发压力工况添加边界条件,选用压力为5MPa便于做有限元分析,此方案采用w顶活塞,用于六缸发动机2.设计的初步准备:1.选好各个值的长度2.了解6125柴油机发动机3.学会catia软件建模4.学会ansys软件进行对模型的温度场分析5.了解发动机活塞的性能,并能做出正确分析2.活塞主要结构尺寸计算:2.1选定各个比例系数:D=125mmH: (0.8~1.3)*D 取 150 H1: (0.5~0.8)*D 取 80H2: (0.4~0.8)*D 取 100 h1: (0.1~0.2)*D 取 15h3: (0.3~0.4)* H2 取30h4: (0.6~0.7)* H2 取 70d: (0.3~0.38)*D 取 40C1: (0.04~0.08)*D 取5其他环岸: (0.025~ 0.045)*D 取 5B: (0.35~0.42)*D 取442.3设定其他参数:顶部厚度:15mm活塞度: 16mm3.活塞三维建模:1.首先打开catia软件,点击机械设计·草图绘制器·进入xy作平面进行绘制图3.1如图3 .1 绘制之后,退出草图工作平面2.然后点击回转体按钮,绕y方向短轴旋转360 ,,如图3-2,所示。
基于+ANSYS+发动机活塞有限元的分析与优化
第36卷 第1期河北联合大学学报(自然科学版)Vol畅36 No畅12014年1月JournalofHebeiUnitedUniversity(NaturalScienceEdition)Jan畅2014文章编号:2095-2716(2014)01-0036-06基于ANSYS发动机活塞有限元的分析与优化孙庆荣,杨 洋(皖江职业教育中心学校,安徽马鞍山243000)关键词:活塞;有限元;机械载荷;边界条件摘 要:对活塞在机械负荷作用下的应力和变形进行了研究。
首先,利用三维制图软件UG建立了内燃机活塞的几何模型,在三维有限元分析软件中转换有限元模型。
然后探讨了活塞机械载荷的确定方法。
完成了活塞在机械载荷作用下的应力与变形分析,并考虑了活塞裙部侧推力的影响。
结果表明:活塞的应力主要受机械载荷的影响,同时活塞变形呈轴对称分布,变形后裙部外形轮廓形状发生较大变化。
因此,本文的研究结果将为活塞改进设计提供参考。
中图分类号:TH457 文献标志码:A上海复旦大学和上海内燃机研究所,早在七十年代就利用轴对称三角形单元对活塞进行有限元分析;八十年代初,上海交通大学和华中理工大学分别在传热边界条件方面和活塞的尺寸优化方面进行了深入研究。
但是上述工作仅仅是二维或轴对称阶段,它的任务较为单一,功能比较简单。
随着有限元方法的发展,王等人通过建立柴油发动机铝活塞三维有限元模型,研究在热力耦合作用下活塞温度分布、热变形和机械变形。
研究表明裙部轮廓形状对减少活塞与缸套之间划伤与摩擦发挥了重要作用。
高速直喷式柴油机活塞有限元模型的发展也说明了热交换在活塞设计和发展中的作用。
进入九十年代后,随着计算机硬件技术的进步,对活塞进行应力与变形的研究逐渐增多。
天津大学佟景伟在温度与机械载荷作用下对活塞应力与变形进行了三维元分析。
山东活塞厂对活塞在机械载荷和热载荷作用下的强度进行了有限元分析。
吉林工业大学方华和华北工学院周先辉对活塞进行热变形,热应力,机械变形,机械应力,耦合变形,耦合应力有限元分析,发现活塞在机械负荷与热负荷作用下其变形是不均匀的,由裙底至头部径向变形逐渐加大,横截面变形后呈椭圆状且椭圆度值由顶部至裙底逐渐减小,长轴方向为销孔轴线方向,这是造成活塞拉缸的主要原因,这种变形规律推动着活塞型面朝中凸变椭圆方向发展。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程领域的不断发展,焊接技术已成为生产制造过程中重要的工艺手段。
在焊接过程中,温度场和应力的变化对焊接质量、产品性能及使用寿命具有重要影响。
因此,对焊接过程中的温度场和应力进行准确预测和控制,对于提高产品质量和优化生产过程具有重要意义。
本文基于ANSYS软件,对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究,旨在为实际生产过程中的焊接工艺优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先,根据实际焊接过程,建立三维有限元模型。
模型中应考虑焊缝、母材等关键部分的几何形状和材料属性。
同时,为提高计算效率,可对模型进行合理简化。
2. 材料属性及热源模型在模拟过程中,需要输入材料的热导率、比热容、热扩散率等热物理参数。
此外,选择合适的热源模型也是关键。
本文采用高斯热源模型,该模型能较好地描述焊接过程中的热输入分布。
3. 数值求解利用ANSYS软件的热分析模块,对焊接过程中的温度场进行数值求解。
通过设定合理的初始条件和边界条件,求解出焊接过程中的温度分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 模型转换在得到温度场分布后,将热分析结果作为应力分析的初始条件。
将热分析模型转换为应力分析模型,并设定相应的材料属性。
2. 应力分析利用ANSYS的应力分析模块,对焊接过程中的应力进行数值模拟。
考虑焊缝收缩、母材约束等因素对应力的影响。
通过求解,得到焊接过程中的应力分布。
四、结果与讨论1. 温度场分析通过数值模拟,可以得到焊接过程中的温度场分布。
分析温度场的变化规律,可以了解焊接过程中的热输入、热传导及热扩散等情况。
同时,还可以预测焊接过程中的潜在问题,如热裂纹、热变形等。
2. 应力分析根据应力分布结果,可以了解焊接过程中产生的残余应力。
残余应力对产品的性能和使用寿命具有重要影响。
通过分析残余应力的分布和大小,可以为优化焊接工艺提供依据。
此外,还可以考虑采用相应的工艺措施,如焊后热处理、优化焊接顺序等,以降低残余应力。
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目录
1 绪论------------------------------------------ 2
2 CATIA建模过程--------------------------------- 3
3 ANSYS分析过程------------------------------- 5
4 结果分析-----------------------------------------9
5 参考文献--------------------------------------- 9
1 绪论
活塞是发动机的重要部件之一,与连杆构成发动机的心脏,活塞通过运动将燃气压力传递给连杆再至曲轴输出,工作时受力非常复杂。
随着发动机向高速度、低能耗方向发展,采用优异的活塞材料尤为重要。
目前车用发动机活塞材料以铝合金为主,其他还有铸铁、铸钢、陶瓷材料等。
铝合金的突出优点是密度小,可降低活塞质量及往复运动惯性,因此铝合金活塞常用于中、小缸径的中、高速发动机上。
与铸铁活塞相比,铝合金活塞导热性好,工作表面温度低,顶部的积碳也较少。
活塞由活塞顶、头部、群部构成。
活塞顶的形状分为平顶、凸顶、凹顶。
平顶活塞结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀、多用在汽油机上;凸顶活塞顶部突起成球状、顶部强度高、起导向作用、有利于改善换气过程。
凹顶活塞可改变可燃混合气的形成和燃烧,还可以调节压缩比。
活塞工作时温度很高,顶部可达600~700K,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受的气体压力很大,特别是作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,这就使活塞产生冲击和侧压力的作用;根据活塞实际最大爆发压力工况添加边界条件,选用压力为5MPa 便于做有限元分析,此方案采用平顶活塞,用于四缸发动机
2 CATIA建模
1.1打开建模界面:开始→机械设计→零件设计
1.2选yz 平面进入草图,画轮廓线,以原点为起点,先沿-z方向画7.6mm,再沿y 轴正向画47.5mm,画折线尺寸分别为6.65mm,2.85mm,3.16mm,4mm等,连成封闭的轮廓线,退出草图编辑器,,如图2-1所示
1.3将草图1沿z轴旋转360°形成旋转体1如图2-2所示
1.4.选择yz平面,向两边新建一个平面,距离为19mm,以新建的平面进入草图,画直径为38mm,距离原点46.55mm的圆1,退出草图。
选择新建的圆1,向活塞内部做凸缘,距离为20,如下图2-3所示
图2-3
1.5.同样的方法,在另外一边建一个凸缘,如图2-4所示
1.6选择yz平面,进入草图,画一个直接为28.5mm,距离原点46.55mm的圆3,圆心位于原点正上方,退出草图。
选择圆3,做凹槽,长度50mm,选择镜像范围,如下图2-5所示
图2-5
1.7选择yz平面,进入草图,在原点下发画距离原点40mm,半径为50mm的圆4,退出草图,选择圆4,做凹槽,长度50mm,选择镜像范围,如下图2-6所示
图2-6
1.8选择凸缘与活塞内部接触的圆,倒圆角,半径为5mm,结果如下图2-7所示
1.9完成CATIA的建模,将文件另存为0902040213.modle的格式,成品如下图2-8所示
3 ANSYS分析过程
3.1 将CATIA中的模型导入ANSYS:
①File→Import→CATIA→0902040213.model
②PlotCtols→Best Quality Image→Reset to Globals
如下图3-1所示
图3-1
3.2 Main Menu→preferences,选择thermal,点OK.
3.3 单元类型设置
Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete →Add→ thermal mss→Solid→brick 20node 90.
3.4 材料属性
活塞热材料及其属性,如表1所示
表1
1.Main Menu→Preprocessor→ Meterial Props→Material Models→thermal
→conductivity→Isotropic→KXX=160
2.Main Menu→Preprocessor→ Meterial Props→Material Models→thermal
→density→DENS=2730KG/M
3.Main Menu→Preprocessor→ Meterial Props→Material Models→Favorites
→Linear Isotropic →PRXY=0.3.
3.4 图形处理
单位换算:
ANSYA Main Menu→Preprocessor→Modeling→ Operate → Scale →Volumes 选择实体,在RX,RY,RZ Scale factor 分别中输入,0.001,0.001,0.001
图3-2
得到缩小1000倍的模型,将原来的模型删除
Main Menu →Preprocessor→Modeling→Delete→Volume and Below
3.5 网格划分
(1) ANSYA Main Menu →Preprocessor→Meshing→Mesh Tool→Element Attribute →Volumes→set→ 选活塞,点击Apply Element Type →number选1 SOLID 90。
(2) Mesh Tool→ Smart Size 6
(3) Mesh tool →Mesh(Volumes)→Shape(Tet Free)→点击Mesh选择活塞。
3.6 定义求解类型
Main Menu→solution→analysis type→new analysis,设定分析类型为steady-state(稳态) 3.7 施加载荷。
Main Menu→solution →define loads→apply→thermal→convention→on area ,分别对活塞上表面加换热系数和温度
3. 8活塞上表面施加的参数如下表所示
3. 9温度场求解如下图
结果如图3-7所示
图3.7
4 结果分析
活塞的最大应力处在汽缸爆发那一时刻的活塞顶面上
问题讨论:
本课设用ANSYS软件为ANSYS10.0故将三维模型导入ANSYS前,将计算机时间该为2010年,再打开ANSYS软件,才能导入模型,导入后还得设置显示出体。
注意单位的统一。
5 参考文献
[1]丁仁亮.CATIA V5 基础教程[M].北京:机械工业出版社,2006.10
[2]张乐乐.ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导[M].北京:清华大学出版社;北京交通大学出版社,2007.12
[3]蔡春源.机械零件设计手册[M].第三版.北京:冶金工业出版社,1994
[4]胡海龙.CATIA V5零件设计实例教程. [M].北京:清华大学出版社,2007.9。