基于ANSYS Workbench水轮发电机螺栓法兰连接有限元分析
基于ANSYS软件的螺栓法兰连接结构应力和疲劳分析
基于ANSYS软件的螺栓法兰连接结构应力和疲劳分析徐静;薛欣玮;卢健【摘要】为保证风力发电机在恶劣的自然环境中可靠运行,需要对风力发电机塔架转接段法兰进行应力和疲劳分析.应用ANSYS有限元软件对风力发电机塔架的螺栓法兰连接结构进行应力分析,分析结果显示:当施加载荷时,法兰和螺栓中都出现应力集中;随着载荷的增大,法兰还出现弯曲现象;外侧螺栓产生的应力小于对应内侧螺栓产生的应力,可见内侧螺栓受到的影响较大,应特别注意.通过疲劳分析,确认选择35CrMoA合金钢材作为螺栓法兰结构的整体材料符合使用要求,为螺栓法兰结构选材提供了理论依据.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2018(056)012【总页数】4页(P17-20)【关键词】螺栓;法兰;连接;应力;疲劳;计算机【作者】徐静;薛欣玮;卢健【作者单位】西安工程大学机电工程学院西安 710048;西安工程大学机电工程学院西安 710048;西安工程大学机电工程学院西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TH131.31 研究背景随着全球大气污染越来越严重，清洁环保的风能发电成为人们竞相研究的热点［1-2］。
风力发电机组一般都安装在风力资源较为充沛、自然环境较为恶劣的野外［3-4］，为了保证风力发电机在复杂的自然环境中能够可靠运行，对连接塔架各筒身的螺栓法兰连接结构进行应力分析及疲劳寿命评估是必不可少的工作［5］。
近20年来，国内外学者主要集中于对风力发电机连接塔架的标准碳钢法兰设计及垫片性能的研究［6-7］。
螺栓法兰在制造过程中，材料内部会存在一些缺陷，如气孔、夹杂和裂纹等，这些缺陷会严重影响法兰的使用寿命，如果法兰和螺栓出现损伤，那么会影响整个风力发电机的性能［8］。
因此，笔者对螺栓法兰连接结构进行材料选择，并利用ANSYS软件对其进行应力及疲劳寿命分析，为结构设计和优化分析等后续研究工作提供理论依据。
2 螺栓法兰连接结构及材料选择风力发电机塔架上的螺栓法兰连接结构由上法兰、下法兰、垫片和螺栓组成，在这一结构中，螺栓与螺母紧固，用于连接上、下两个法兰，法兰上分布着内、外侧螺栓。
ANSYS-WORKBENCH全船结构有限元分析流程
一、建立有限元模型与ANSYS经典版相比，WORKBENCH的操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。
但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry)对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。
因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks)中建立船体实体模型后导入WORKBENCH中，完成随后的建模和分析工作。
鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept)的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody)，将船体骨架定义为线体(Line Body)，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元(Shell)和梁单元(Beam)。
1.导入实体模型可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCH的ProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。
还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2所示。
模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。
坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。
图2导入后的模型2.生成舷墙(1)在中纵剖面(ZXPlane)建立草图(NewSketch)，进入绘制草图模式。
点击“TreeOutline”→“Sketching”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。
返回模型模式，点击“Sketching”→“Modeling”→“Extrude”，生成一个SurfaceBody。
(2)沿甲板将船体分开，点击“Create”→“Slice”，在“DetailView”窗口“SliceType”选项中选择“SlicebySurface”项，“TargetFace”选择上一步生成的SurfaceBody，“Slice Targets”选项中选“SelectedBodies”，点选船体结构→“Apply”→“Generate”，原来的船体分成两部分，上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图3所示。
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。
Ansys螺栓联接的接触分析
第一篇ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
1.1.1 主轴联轴螺栓作用水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。
12图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图 图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件 1.1.2 主轴联轴螺栓分析流程针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL 程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL 程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI 操作方式。
基于ANSYSWorkbench的轮毂轴承法兰盘轮毂有限元分析_卢小辉
( ) Fz
=
mg 2
1 +2
H ·ag Tg
（ 1）
Fy
=
－
F
z
·
ag g
（ 2）
式中： Fz 为径向载荷 （ N） ，方向垂直向上； Fy 为轴 向载荷 （ N） ，负号表示方向由轮胎的外侧指向内测；
m 为 满 载 时 后 轴 质 量 （ kg ） ； H 为 轿 车 质 心 高 度
（ mm） ； T 为后轴轮距 （ mm） ； g 为重力加速度，取 为 9. 81 m / s2 ； ag 为侧向加速度，取最大值为 0. 55g。 某轿车的整车参数见表 2 所示。
图 1 轿车轮毂轴承单元示意图
1. 1 实体模型的建立 轮毂轴承单元是多体接触的结构，为了简化分析
和计算，作者主要对法兰盘轮毂进行有限元分析。由 于内圈与法兰盘轮毂轴为过盈配合，在分析法兰盘轮 毂时需要将内圈与法兰盘轮毂耦合成一个整体［4］。在 建立实体模型时，不考虑小尺寸的圆角、倒角和其他 对分析影响不大的尺寸； 根据对称性，建立 1 /2 实体 模型，如图 2 所示。
表 2 某轿车的整车参数
满载时后轴质量 m / kg
1 200
质心高度 H / mm
600
后轴轮距 T / mm 轮胎滚动半径 Rs / mm
1 550 324
2. 2 确定边界条件
对于模型载荷与约束，主要参考文献 ［8］ 提供 的加载及约束方式，将法兰盘轮毂的 5 个螺栓孔面进 行全约束，对称面采用对称约束［3］。在约束了法兰盘 轮毂螺栓孔面的情况下，模型在内圈滚道上受到来自 钢球的作用，将径向载荷、轴向载荷以及所形成的力 矩作用在两个内圈滚道上。载荷与约束如图 4 所示。
基于ANSYS Workbench的发电机基座结构强度分析
0引言发电机是重要的运行部件，发电机基座是发电机运行的平台，其结构强度、刚度是否满足要求决定了发电机能否安全运行。
本文涉及的发电机基座安装有美国卡特柴油机，型号CAT3512B，功率1257kW，转速1500r/min；美国ABB 发电机，型号AMG0450BB04DAPM，功率1200kW，转速1500r/min；VULKAN联轴器，型号VULASTIK-L34D0。
1建立发电机基座模型柴油发电机组如图1所示。
整体式基座由8个减震器安装于平台。
基座材质Q345B组焊而成，分设左右两道纵梁、四道横梁，腹板内布置有筋板，外侧设有吊耳，基座自重约2800kg。
纵、横梁主焊缝为全熔透焊缝，热处理消应力。
采用三维软件建立发电机基座模型，并导入ANSYS Workbench，设置四面体网格单元，划分网格后，网格单元数794975个，节点数1360491个。
2计算载荷简化模型，将柴油机及发电机等效为远端质量点加载，且考虑为刚体。
减震器设置为弹簧连接，纵向刚性4400N/mm，横向刚性5300N/mm，减震器预压缩量5mm。
考虑0.8g额外加速度。
5种工况下载荷如表1所示，其中X方向为基座纵向，Y方向为基座垂向，Z方向为基座横向。
工况柴油机发电机加速度（m/s2）说明重量（kg）扭矩（N·m）重量（kg）扭矩（N·m）X方向Y方向Z方向123458600860086008600860080108010801046004600460046004600-8010-8010-80100.8g1g1.8g1.8g2.4g1g0.8g理想纵向颠簸横向颠簸起吊固有频率表1各工况载荷3计算结果分析提取基座工况1、工况2和工况4应力云图和变形云图。
从工况1、工况2应力云图可知，基座运行时最大应力均出现在减震器的紧固螺栓处，其应力最大值为分别为68MPa、154MPa，由材料屈服强度计算出安全系数分别为5、2.2。
Ansys workbench 螺栓接触实例操作
8例1 螺栓连接件分析如图所示为一螺栓连接的法兰连接件简图，法兰一端及内侧面固定约束。
载荷1为螺栓预应力1000N载荷2为螺栓预应力1500N载荷3为螺栓预应力2000N根据实际情况，自己设定接触类型，其中摩擦类型接触对时，摩擦系数为0.1 为方便设置，材料均取钢材，求其变形及应力。
边界条件螺栓连接件分析1 导入几何模型，进入DS模块2 材料设置选择默认的材料：Structural Steel3 设置接触螺栓与螺母的接触类型为Bonded螺栓杆与法兰的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1螺栓杆与垫片内壁的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1其余接触类型为No Separation4 网格划分5 选择分析类型·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”；6 施加约束与载荷1）施加固定约束·点击“Static Structural”，在“Supports”中选择固定约束“Fixed Support”·选择法兰一端及内侧面固定约束；2）施加载荷·选择载荷1处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1000N ·选择载荷2处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1500N ·选择载荷3处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为2000N5 设定求解类型1）求解变形·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”，求解变形·点击“Stress”，选择“Equivalent (V on-Mises)”，求解等效应力6 单击“Solve”求解7 观察求解结果·点击“Total Deformation”查看变形·点击“Equivalent Stress”查看应力分布例2卡紧散热片的不锈钢扣件受力分析扣紧件是一个不锈钢的卡子，因为散热片同功率部件之间的接触力同最终的散热有很大关系，因此研究力的大小是很有意义的。
基于ANSYS风电机组轮毂和叶片的连结螺栓疲劳寿命分析
基于ANSYS风电机组轮毂和叶片的连结螺栓疲劳寿命分析作者：陆瑞来源：《风能》2016年第03期目前风电机组轮毂和叶片的连结螺栓疲劳寿命分析的通用方法有两种，一种是有限元计算，另一种是基于VD12230的工程算法。
以VD12230为基础的工程算法比较简单，但是在计算中某些参数和系数需要通过经验和习惯来设定，其计算结果的精度和准确度一直以来在行业内不被看好。
而有限元计算虽然在结构分析的步骤和周期上过于繁琐和漫长，但其计算结果可以很好地反映结构件在各工况下的安全性和稳定性，在工程应用中得到广泛采用和认可。
本文着重采用有限元分析的方法，以某1.5MW双馈机组为例，通过对轮毂变桨轴承和叶片之间连结螺栓的疲劳寿命分析，简要说明螺栓疲劳寿命的有限元计算方法，并在最后阐述有限元分析和工程算法计算的优缺点。
轮毂和叶片连接的几何模型首先建立轮毂和叶片连结的几何模型，模型（图1）中包括叶片假体、叶根法兰、变桨轴承、变桨电机、轮毂及主轴假体。
轮毂和叶片连接的有限元模型一、模型处理建立轮毂变桨轴承与叶片螺栓连接有限元模型，如图2（整体）、图3（局部）所示。
轮毂采用10节点四面体单元划分网格，主轴采用8节点六面体单元划分网格，叶片、叶根法兰、变桨轴承及螺栓等均为轴对称模型，网格采用1/N（N=54为螺栓个数）的模型网格绕对称轴旋转生成，因只考虑螺栓的应力，单元类型选低阶六面体单元。
考虑到轮毂变桨轴承连接法兰在轴向上的刚度变化对螺栓应力的影响，分析中保留1/3轮毂，同时考虑变桨轴承的非线性效应对螺栓应力的影响，轴承滚珠采用link10单元模拟。
在用实体单元模拟螺栓时，螺纹与连接件之间的接触关系设为绑定，传力面由螺栓杆部的等圆形截面突变为连接件的端部截面，会在关键螺纹部位产生不真实的应力集中现象，故采用beam188（绿色）梁单元来模拟螺栓，螺纹及部分螺栓头采用beam4（蓝色）和link8（洋红色）单元模拟。
根据工程经验，叶片螺栓一般在靠近横向螺栓或靠近螺母的螺纹处断裂，因此对颈缩段的两端进行网格加密（如图4），同时在对结果的后处理中，提取A、B两处的应力值来校核螺栓的强度。
基于ANSYS workbench的一种发动机连杆有限元分析
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Henan University of Science and Technology
谢谢!
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Henan University of Science and Technology
汽车现代设计方法 基于ANSYS Workbench的一种汽油机连杆 有限元分析
报 告 人：魏 专 业：车辆工程 学 号：
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连杆受力情况
在发动机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、 拉伸和弯曲等交变负荷。在设计发动机连杆时。要保证连杆 具有足够的刚度和强度. 本发动机连,是利用CATIA软件建立连杆的三维模型，再将模 型再导入ANSYS workbench软件进行有限元分析，通过分析 得到了连杆在最大爆发压力作用下的应力情况。看所设计的 连杆是否满足要求. 以某一款车型的发动机连杆为参考,设本设计的连杆小端承 受的压力F=18346N
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分析流程操作
分析类型：静力分析
初步确定
单元类型：实体单元 模型类型：零件 建立、导入几何模型
前处理
定义材料属性 划分网格
求解
施加载荷和约束
求解
后处理
查看结果 得出结论 检验结3
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导入ANSYS Workbench的连杆三维模型
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约束
连杆工作时。其大端与轴承配合，小端90度范围内受到压 力或拉力的作用。故在有限元分析过程中，选取大端内表面 为夹紧约束。在小端的内表面上施加相应的载荷
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施加载荷
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连杆总变形图
基于ANSYSWorkbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析
10.16638/ki.1671-7988.2019.08.040基于ANSYS Workbench螺栓连接不同建模方法的有限元分析*王丽（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）摘要：螺栓连接是机械工程中常见的连接方式，然而在不同的行业、不同的研究问题以及不同的工况下处理螺栓连接所使用的建模方法也有所不同。
不同建模方法是否会对机械组件的计算结果产生较大的影响、不同建模方法的特点、不同建模方法的适用场合、目前最主要的螺栓连接的建模方法等等问题，文章将以一个简单的例子予以回答，旨在为实际工程中螺栓连接问题的处理提供参考。
关键词：螺栓连接；建模方法；有限元分析；ANSYS Workbench软件中图分类号：TS103.3 文献标志码：A 文章编号：1671-7988(2019)08-126-04Finite Element Analysis of Different Modeling Methods for Bolted ConnectionsBased on ANSYS Workbench*Wang Li（Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000）Abstract: Bolt connection is a common connection mode in mechanical engineering. However, the modeling methods used to deal with bolt connection are different in different industries, different research problems and different working conditions. Whether different modeling methods will have a great impact on the calculation results of mechanical components, the characteristics of different modeling methods, the applicable occasions of different modeling methods, and the most important modeling methods of bolted connections at present, will be answered by a simple example in this paper, in order to provide reference for the treatment of bolted connection problems in practical engineering.Keywords: Bolted connection; Modeling method; Finite element analysis; ANSYS Workbench softwareCLC NO.: TS103.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)08-126-04引言螺栓连接是机械设计及工程问题中常见的紧固连接方式，几乎所有的设备上都能用到螺栓连接。
螺栓连接 ansys有限元分析
螺栓联接的有限元分析问题描述如图所示，两个长方形平板通过两个螺栓连接在一起，具体几何尺寸如下：L1=0.05m,L2=0.03,L3=0.03,L4=0.09,W=0.07,板子的厚度H=0.008m，螺母半径R1=0.008m，螺母厚度H1=0.004，两个螺栓的中心距L=0.03m，螺杆半径R2=0.05，模型采用SOLID186单元模拟板子，采用接触向导定义接触对，材料参数：板材的弹性模量为2.1E11pa,泊松比0.3，应力应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度为400Mpa,切线模量为2E10pa,螺栓的弹性模量为 2.1E11pa,泊松比为0.32，应力-应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度600Mpa,切线模量为2E10pa。
载荷及边界条件：螺栓连接模型承受螺栓预拉伸应力和外拉伸两种载荷，因此计算中采用两个载荷步进行加载，第一个载荷设置螺栓的预拉伸力为1000N，第二个载荷步设置板子的右端承受60Mpa的拉力固定约束在板子左端一、建立有限元模型（1）定义单元类型本实例分析的问题中涉及到大变形，故选用Solid186单元类型来建立本实例的模型。
本接触问题属于面面接触，目标面和接触面都是柔性的，将使用接触单元TARGE170和CONTA174来模拟接触面。
接触单元在分析过程中使用接触向导时可以自动添加，这里就不再添加。
下面为定义单元类型的具体操作过程。
1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型)对话框。
单击对话框中的Add按钮，将弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框。
2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。
然后，在靠近右边的列表中，单击“Brick 8node 186”一次，选定单元类型Solid186 为第一类单元。
法兰盘及螺栓受力分析
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3.3. 前处理设置
• （4） 创建梁连接： 在目录树【outline】 中选中【connections】 分支，从连接工具选择 【body-body】【beam】。在 【detail】面板中定义， 梁半径为5mm，梁材 料采用默认的结构钢。 定义梁的参考面和可动 面。在此例中，梁两端 定义为参考面和可动面 是任意的。修改参考面 和可动面的梁行为均为 “deformable”。重 复该步骤为剩余三个孔 定义梁连接。
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3.6. 分析结果查看
• （2） 在工具栏设置放大变形显示比例为，能够更加清晰地看出法兰在远 程力作用下与基座发生分离的趋势。
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3.4. 施加边界条件
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3.5. 静力求解
• 设置好载荷和约束后，在目录树【outline】中找到需要求解的静力分析工 况，即【Static Structural】，右键点击【Solution】，选择【Insert】【Deformation】-【Total】，添加变形结果显示；再次右键点击 【Solution】，选择【Insert】-【Stress】-【Von-Mises】，添加应力结 果显示。
块【Static Structural】，即可将该模块添加至【Project Schematic】中，即创建了一个静力分析 的项目。 • 保存文件：点击【save】按钮，保存项目文件为flange_mount.wbpj。
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。
4基于ANSYS经典界面的单个螺栓联接的分析-1
4基于ANSYS经典界面的单个螺栓联接的分析-1螺栓联接是机械联接中的一种常见方式。
在对机械装配体进行有限元分析时，经常涉及到螺栓联接的分析问题。
那么如何对螺栓联接进行分析呢？方法很多，这主要取决于问题本身的性质及分析的目的。
本文以单个螺栓联接分析为例，说明如何在ANSYS经典界面中进行有预紧的螺栓联接分析。
之所以选择经典界面，是为了清晰地说明ANSYS进行螺栓分析的实质。
虽然在WB中也可以方便的进行螺栓预紧的分析，但是那里只能看到表面现象，而对于弄清楚其建模的实质帮助不大。
该例子来自于《ANSYS机械工程应用精华50例》的第47个例子。
【（第三版），高耀东，刘学杰主编，电子工业出版社，2011.】，本文主要对其加强了显示部分和讲解部分，以便用户能更清晰地理解其分析过程。
本篇对于螺栓联接使用完整的三维建模方式，第二篇使用简化建模方式。
=============================================================================== 【问题描述】一个连接结构由上连接板，下连接板，一个螺栓，一个螺母构成。
如下图所示。
该图只绘制了整个连接的四分之一，因为对称的缘故，只分析四分之一就足够。
该联接很简单，就是一个螺栓加上一个螺母把上下两块连接板固定在一起。
现在给螺栓施加5000N的预紧力，然后施加1000N的工作载荷，要求施加该预紧力及施加工作载荷后，螺栓中的应力分布状态，以及两块连接板的应力状态。
【问题分析】1. 几何建模。
由于问题简单，直接在ANSYS中进行建模，对于螺栓分成四个空心圆柱体，而螺母是一个空心圆柱体（蓝色），它们之间均使用粘接的方式进行连接。
2. 预紧力的施加。
首先需要创建一个预紧截面，并对此截面划分网格，从而生成预紧单元。
这里对螺栓的与其轴线垂直的中截面生成预紧截面，并在此截面上创建预紧单元。
这些单元形成以后，在其上施加预紧力就可以。
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软件的螺栓螺纹轴向受力有限元分析
基于ANSYS 软件的螺栓螺纹轴向受力有限元分析*钟友坤（河池学院物理与机电工程学院，广西 河池 546300）摘 要：基于ANSYS 软件的参数设计语言，从有限元模型的创建、划分网格、求解分析以及后处理等过程对螺栓螺纹进行有限元分析，对螺栓进行轴向受力进行分析测试，以改善螺栓的应力分布，提高螺栓螺纹的强度。
关键词：ANSYS；螺栓螺纹；有限元分析中图分类号：U213.5+2 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2017）22-0004-03 ——————————————基金项目： 2015年度广西高校科学技术研究立项项目：同步机模型设计与仿真研究（KY2015LX331)；河池学院2015年校级重点科研课题立项：虚拟仿真力学实验系统的设计研究（XJ2015ZD001）作者简介： 钟友坤（1977-），男，广西岑溪人，硕士，高级实验师，研究方向：机械力学设计。
螺栓是机械设计中最常见的联接器件之一，它结构简单、安全可靠、易于拆装、调整方便；作为标准件的螺栓，在工程生产中成本价格低廉，批量生产方便，在不同的工件中具有很强的互换性。
基于以上特点，在交通运输以及工程项目设计中螺栓的应用十分广泛。
虽然如此，但是在当今汽车铁路船舶运输等交通工具以及机械工业生产设备中也经常会出现螺母松动脱落、螺栓磨损、螺栓断裂等现象，从而造成重大的安全事故出现。
研究表明，高应力区多发生疲劳裂纹，螺栓产生疲劳裂纹的主要高发部位是在螺栓与螺母旋合部位的第一扣螺纹处的根部[1]。
常见的普通三角螺纹因为螺纹处承受到高强度的轴向拉应力，而螺纹根部承载面积小，从而造成了螺纹根部应力集中系数较大，在长时间动载荷作用下工作的螺栓螺纹根部处经常发生疲劳破坏，产生疲劳裂纹甚至断裂的可能，严重地影响螺栓的强度，这对机械结构和设备运行安全产生了重大的影响。
基于上述原因，如何缓解螺栓螺纹根部应力集中程度、重组螺纹处应力的均匀分布，提高螺栓强度，成为了机械设计的一个重要课题。
基于ANSYS Workbench有预紧力的高强螺栓群有限元分析
基于ANSYS Workbench有预紧力的高强螺栓群有限元分析作者：李金兴韩林山周志强来源：《河南科技》2018年第02期摘要：本文以1 600t造桥机为研究对象，采用SolidWorks软件建立箱梁及螺栓群三维实体模型后，导入ANSYS Workbench对箱梁螺栓群进行有预紧力的有限元分析。
计算结果可以为螺栓接头的实际应用提供数据支撑，同时表明采用有限元分析方法可以更加全面、准确地指导架桥机的设计。
关键词：ANSYS Workbench；高强螺栓群；有限元法；预紧力中图分类号：TH218 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）02-0090-03Finite Element Analysis of High-strength Bolts Based onANSYS Workbench Under PreloadLI Jinxing HAN Linshan ZHOU Zhiqiang（School of Mechanical Engineering， North China University of Water Resourcesand Electric Power， Zhengzhou Henan 450000）Abstract： In this paper， the 1 600t bridge machine was taken as the research object， the 3D models of box girder and bolts was established by SolidWorks software， and ANSYS Workbench was introduced to the finite element analysis of the bolt group of box girder. The calculation results provide a reference for the using of the high-strength bolts connection. At the same time， the finite element analysis method can be used to guide the design of bridge girder erection machine more comprehensively and accurately.Keywords： ANSYS Workbench；high-strength bolts；finite element method；preload造桥机也被称为移动模架，是一种利用自身模板，进行逐孔移动浇筑砼梁的施工机械，被广泛应用于道路施工和桥梁建设工程[1]。
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的三维螺栓联接静强度分析
摘 要：应用有 限元软件 Ａ Ｓ Ｓ ｏｋ ｅｃ ，建立螺栓联接ｉ 维有 限元模 型 ，采用对 比的方法 对某扶梯 驱动机座连接螺栓进行 了 Ｎ Ｙ ｒｂｎ ｈ ｗ
失效分析 。该分体式螺栓在螺杆旋入 Ｔ形头方向上的第一圈旋合螺纹牙根存在较大的应力 ，是整个联接 的薄弱环节 。有 限元分
析定量证实了不合理的螺栓分体式结构设计 、螺纹联接旋合长度不足以及安装过程中预紧力控制不当造 成了螺纹 压溃拔出螺栓 头 ，是螺栓的主要失效形式 ，与 破坏性试验相吻合 。 关键词 ：有限元 ；螺栓联接 ；强度
Ｏ 言 前
在 螺 纹 联接 中 ，对 于单 个 标 准 螺纹 紧 固件 的 选 型 设 计 以及 规 则 布 置且 受 力 （ ）对称 的螺 栓 矩
栓 抗 拉 疲 劳性 能 ，李 波 等人 对 螺纹 三 维模 型 的 有
限元 分析 进 行 了探 索 。。这些 研 究 为探 索 螺 栓 联 接 提供 了很好 的思路 ，但传统 的设计方 法需要 大量 的实 验 作 为依 据 ，并且 很 多 规律 都 是 概 括性 的总 结 ，对 于螺栓螺纹 牙各部位 应力 、螺栓 内部 应力等 情况分 析较少 。有限元技 术的发展 为定量分 析螺纹 内部应力 提供 了条件 。在 通常 的有 限元分 析 中 ，一
中图分类号 ：Ｔ ２ Ｔ ３ １ Ｈ１ Ｐ ９ ． ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９—９ ９ ０ ２ １ ４ ２ｆ １） ０—０ ３ ２ １６—０ ５
Ｓｔ ｔｃＳ ｒ ｎｇ ｈ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ Ａｎａｙ ｉ ｆＴｈｒ ｅＤｉ ｅ ｉｎａ ｌ ｎｎ ｃｉ ｎ ｓ ｄ ｌ ｓｓｏ ｅ ｍ ｎｓｏ ｌ Ｂｏ ｔＣｏ ｅ ｔｏ Ｂａ ｅ ｏ ｎ ＡＮ Ｓ ＹＳ
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