有限元課程設(shè)計(jì)

1、有限元法分析與建模課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院 ：機(jī)械電子工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師 ： 杜平安學(xué) 生 ： 喬 林學(xué) 號(hào) ：2012210802122012-12-10摘 要連桿的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 并把活塞上的力傳給曲軸連桿工作的小端做往復(fù)運(yùn)動(dòng), 大端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 桿身做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。本文用Pro/E建立連桿的三維模型，并運(yùn)用ANSYS強(qiáng)大的有限元分析和優(yōu)化功能來(lái)實(shí)現(xiàn)連桿的分析ANSYS 是一款極其強(qiáng)大的有限元分析軟件。通過(guò)數(shù)據(jù)接口，ANSYS 可以方便的實(shí)現(xiàn)從CAD 軟件中導(dǎo)入實(shí)體模型。因此，將Pro/E 強(qiáng)大的建模功能與ANSYS 優(yōu)越的有限元分析功能結(jié)合在一起

2、可以極大地滿足設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)建模與分析的需求。關(guān)鍵詞：連桿，有限元，Pro/E，ANSYS ABSTRACTThe role of the connecting rod is the small end of the reciprocation of the piston into a rotational movement of the crankshaft, and to transmit the force on the piston to the crankshaft connecting rod reciprocates, the big end for pivotal mov

3、ement, Shaft do complex planar motion. The establishment of a linkage of the three-dimensional model using Pro / E, the powerful ANSYS finite element analysis and optimization capabilities to achieve the connecting rod fatigue analysis ANSYS is an extremely powerful finite element analysis software.

4、 Through the data interface, ANSYS can facilitate the realization of solid models imported from CAD software. Therefore, the superior powerful modeling capabilities of Pro / E and ANSYS finite element analysis capabilities together can meet the designers in the design process modeling and analysis.K

5、eywords: rod, finite element, Pro / E, ANSYS目 錄第一章引言11.1有限元法及其基本思想11.2本文所研究問(wèn)題定義分析1第二章連桿有限元分析的準(zhǔn)備工作22.1連桿三維實(shí)體建模22.2模型調(diào)入22.3設(shè)置單元類型32.4設(shè)置材料的密度，楊氏模量和泊松比32.5創(chuàng)建網(wǎng)格4第三章有限元模型的前處理和求解53.1設(shè)置載荷和約束5設(shè)置載荷5設(shè)置位移約束63.2求解結(jié)果操作6第四章有限元模型的后處理和結(jié)果分析74.1查看變形位移74.2查看各節(jié)點(diǎn)的位移84.3查看應(yīng)力分析圖94.4觀察節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力10圖4-4 節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力圖104.5求解結(jié)果分析10總 結(jié)11參

6、考文獻(xiàn)12第一章 引言1.1有限元法及其基本思想有限元方法1就是把一個(gè)原來(lái)是連續(xù)的物體剖分成有限的單元，且它們相互連接在有限的節(jié)點(diǎn)上，承受等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)平衡條件在進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來(lái)，成為一個(gè)組合體，在綜合求解。由于單元的個(gè)數(shù)有限，節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)也有限，所以這種方法稱為有限元法。有限元法解決問(wèn)題是物理模型的近似，而數(shù)學(xué)上不做近似處理。其概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)?，能靈活妥善處理各種復(fù)雜問(wèn)題。1.2本文所研究問(wèn)題定義分析連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)中很重要的一個(gè)部件. 因此對(duì)連桿的分析優(yōu)化可以很大的提高的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，是發(fā)動(dòng)機(jī)變的更加高效與節(jié)能。強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命是對(duì)工程結(jié)

7、構(gòu)和機(jī)械使用的三個(gè)基本要求, 其中疲勞破壞是工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械失效的主要原因之一, 引起疲勞失效的主要原因是重復(fù)載荷。疲勞壽命是指結(jié)構(gòu)或機(jī)械直至破壞所作用的循環(huán)載荷的次數(shù)或時(shí)間。本文首先采用Pro/E軟件建立活塞連桿的三維實(shí)體模型,然后通過(guò)Pro/E與ANSYS的無(wú)縫集成,將模型導(dǎo)入ANSYS中。這種方法保持了導(dǎo)入模型的完整性,方便修改模型參數(shù), 減少了直接在ANSYS中建模的巨大工作量,使分析過(guò)程方便快捷。第二章 連桿有限元分析的準(zhǔn)備工作對(duì)連桿進(jìn)行有限元分析前，需要對(duì)連桿就行三維實(shí)體建模，通過(guò)Pro/E與ANSYS的無(wú)縫集成,將模型導(dǎo)入ANSYS中，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。2.1 連桿三維實(shí)體建模打開P

8、ro/E,通過(guò)網(wǎng)上查找資料確定連桿的相關(guān)參數(shù)，繪制如圖2-1的模型：圖2-1 Pro/E建模的連桿模型2.2 模型調(diào)入打開Ansys，點(diǎn)擊File,在子菜單中點(diǎn)擊Import，選IGES,將要分析的文件導(dǎo)入到Ansys中，結(jié)果如圖2-2所示：圖2-2 導(dǎo)入Ansys后的模型2.3 設(shè)置單元類型選擇主菜單中Preprocessor的子菜單Element Tye，選中Add/Edit/Delete,在彈出的菜單中，點(diǎn)Add.,在彈出的對(duì)話框中選Solid,找到Brick 8node 45, 點(diǎn)擊OK。如圖2-3所示：圖2-3 設(shè)置單元類型2.4 設(shè)置材料的密度，楊氏模量和泊松比 再選中Materi

9、al Props下拉菜單中的Material Models, 在彈出的菜單中，依次選擇Favorites、Linear Static、Density，在對(duì)話框中輸入7800（鋼材密度），點(diǎn)OK。選擇Linear Isotropic,在彈出的對(duì)話框中依次輸入30e6，0.3，點(diǎn)OK。如圖2-4所示：圖2-4 設(shè)置材料的密度、楊氏模量和泊松比2.5 創(chuàng)建網(wǎng)格選擇Meshing子菜單中的MeshTool，在彈出的對(duì)話框中，再選擇Mesh,然后選中之前導(dǎo)入的模型，單擊OK，創(chuàng)建網(wǎng)格就完成了，效果如圖2-5所示：圖2-5 劃分網(wǎng)格第三章 有限元模型的前處理和求解3.1 設(shè)置載荷和約束3.1.1 設(shè)置載荷

10、選擇Solution的下拉菜單：Define LoadsApplyStructuralPressureOn Areas,選中小孔內(nèi)圓朝內(nèi)的一半，點(diǎn)OK,在彈出的對(duì)話框內(nèi)輸入1000，單擊OK，如圖3-1所示：圖3-1 設(shè)置載荷3.1.2 設(shè)置位移約束選擇Solution的下拉菜單：Define LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，選中大孔內(nèi)圓，單擊OK。在彈出的對(duì)話框中選中ALL DOF，單擊OK，如圖3-2所示圖3-2 設(shè)置位移約束3.2 求解結(jié)果操作選擇Solution下拉菜單Solve,再選擇Current ls,在彈出的對(duì)話框中單擊OK，點(diǎn)

11、擊Close，得到求解后的結(jié)果，如圖3-3所示：圖3-3 求解結(jié)果第四章 有限元模型的后處理和結(jié)果分析4.1 查看變形位移選擇General Postproc下拉菜單Plot Result，選擇Deformed Shape,在彈出的對(duì)話框選擇【Def+undeformed】，然后單擊OK。變形位移如圖4-1所示：圖4-1 變形位移圖4.2 查看各節(jié)點(diǎn)的位移選擇General Postproc下拉菜單List Results,再選擇Nodal Solution,在彈出的對(duì)話框中，依次選擇DOF Solution、Displacement vector sum，最后單擊OK，求解到詳細(xì)各節(jié)點(diǎn)的位移

12、，如圖4-2所示：圖4-2 各節(jié)點(diǎn)位移4.3 查看應(yīng)力分析圖選擇General Postproc下拉菜單Plot Result，依次選擇Contour Plot、Nodal Solu，在彈出的對(duì)話框中再依次選擇Stress、von Mises stress，最后單擊OK，應(yīng)力分析如圖4-3所示：圖4-3 應(yīng)力分析圖4.4 觀察節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力依次選擇General Postproc下拉菜單List Results、Nodal Solution，在彈出的對(duì)話框中選STRESS,點(diǎn)von Mises stress然后單擊OK，最終得到節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力，如圖4-4所示：圖4-4 節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力圖4.5 求解結(jié)果分析總 結(jié)研究生學(xué)習(xí)期間，通過(guò)學(xué)習(xí)杜平安老師的有限元分析與建模這門課程，彌補(bǔ)了自己本科時(shí)的缺陷，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到有限元分析在工程領(lǐng)域的重要性。結(jié)合此次課程設(shè)計(jì)，掌握了有限元分析的一般步驟，懂得了如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)遇到很多問(wèn)題，這是心要靜下來(lái)，不要浮躁要善于利用資源，查找資料，這樣問(wèn)題才能夠得以解決。因此，通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西，為以后的工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 杜平安，于亞婷.有限元法原理、建模及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011