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。

(2)约束条件和施加载荷

边界条件施加与工程实际是否吻合直接影响到分析结果的正确性、合理性。在实际工程中.汽车连杆的大头孔是与轴承配合的.而小头孔的90度范围内受到而压力的作用。在ANSY S中选取18和19以及Y= 0的所有而施加对称约束.在小孔的内表而23而上施加6. 89 MPa的而压力，如图2所示。

图2施加约束与载荷

(3)计算结果及分析

在这一步.ANSY S将对自动划分的每一单元的节l从进行计算.建立的方程很多.需要一定的时间.所得的结果很大。在结构分析完成后.可进入通用后处理器和时间历程后处理器中浏览分析结果。图3和图4分别为汽车连杆的应力分布和位移分布图。

图3节点应力分布图

图4节点应变分布图

结果显示.最大合位移出现在小孔内外表而.其值为0. 120~ 0. 135 mm;最大等效应力出现在小头孔的内表而上其值为13.2 MPa。从图中的应力和位移等直线可以看出:(1)整个连杆结构的最大应力出现在小头孔的承载区范围内.其他部位受力情况较均匀。这与实际情况是相吻合的。(2}最大变形出现在小轴孔表而而大孔的变形非常小。在实际的过程中.由于小孔是承载区.它的变形相对较大。大孔远离承载区.受影响较弱。综合上述分析.有限元模型的建立、分析结果是客观的.较为真实地反映了连杆的受力情况。

2结语

(1)用有限元分析法变连续结构为离散结构.取代了传统的理论分析。通过ANSY S软件可以比较精确地反映各点的受力情况.为连杆的结构优化提供充分的理论数据。

( 2)虽然在而载荷的作用所产生的等效应力远小于其材料的许用

拉应力和压应力值(196 MPa).大轴孔的变形很小.但是小轴孔的变形量非常大.接近于许用的变形量.故其有刚度不足的缺陷.有必要对汽车连杆进行结构改进.以减轻重量、改善性能、节约成本。

( 3)动态演示出连杆受力变形的过程,并可借助于几后处理器绘出相应的变化曲线.使设计者清楚地掌握其变化规律和变化特性。

参考文献:

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