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

发表时间：2018-12-17T17:02:30.213Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：李昊陈清奎陈卫清王瑗魏鑫鑫

[导读] 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。

山东建筑大学山东济南 250101

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。

在弹出的Element Type窗口中单击Add，弹出Library of Element Types窗口，选择单元类型SOLID285，单击OK。然后关闭Element Type 窗口。如图3.2所示。

再选择Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models命令，弹出Define Material Model Behavior窗口，选择Structural> Linear> Elastic> Orthotropic，弹出Linear Orthotropic Properties for 窗口，泊松比0.3，如图3.3所示，单击OK。

回到Define Material Model Behavior窗口，然后选择Structural>Density，弹出Density for Material Number 1窗口，输入材料密度7800，并单击OK，关闭Define Material Model Behavior窗口，如图3.4所示。完成单元及材料属性的定义。