有限元課程設計

1、<p><b>　　有限元法分析與建模</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　學 院 ：機械電子工程學院</p><p>　　專 業(yè)?。簷C械電子工程</p><p>　　指導教師 ： </p><p>　

2、　學 生 ： </p><p>　　學 號 ： </p><p>　　2012-12-10</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　連桿的作用是將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉運動, 并把活塞上的力傳給曲軸連桿工作的小端做往復運動, 大端作旋轉運動, 桿身做復雜的平面運動。本

3、文用Pro/E建立連桿的三維模型，并運用ANSYS強大的有限元分析和優(yōu)化功能來實現(xiàn)連桿的分析ANSYS 是一款極其強大的有限元分析軟件。通過數(shù)據(jù)接口，ANSYS 可以方便的實現(xiàn)從CAD 軟件中導入實體模型。因此，將Pro/E 強大的建模功能與ANSYS 優(yōu)越的有限元分析功能結合在一起可以極大地滿足設計者在設計過程中對建模與分析的需求。</p><p>　　關鍵詞：連桿，有限元，Pro/E，ANSYS </p

4、><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The 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 forc

5、e on the piston to the crankshaft connecting rod reciprocates, the big end for pivotal movement, Shaft do complex planar motion. The establishment of a linkage of the three-dimensional model using Pro / E, the powerful A

6、NSYS finite element analysis and optimization capabilities to achieve the connecting rod fatigue analysis ANSYS is an extremely</p><p>　　Keywords: rod, finite element, Pro / E, ANSYS</p><p><

7、b>　　引言</b></p><p>　　1.1有限元法及其基本思想</p><p>　　有限元方法[1]就是把一個原來是連續(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)點上，承受等效的節(jié)點載荷，并根據(jù)平衡條件在進行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調條件把這些單元重新組合起來，成為一個組合體，在綜合求解。由于單元的個數(shù)有限，節(jié)點的個數(shù)也有限，所以這種方法稱為有限元法。</p

8、><p>　　有限元法解決問題是物理模型的近似，而數(shù)學上不做近似處理。其概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)洌莒`活妥善處理各種復雜問題。</p><p>　　1.2本文所研究問題定義分析</p><p>　　連桿是發(fā)動機中很重要的一個部件. 因此對連桿的分析優(yōu)化可以很大的提高的發(fā)動機性能，是發(fā)動機變的更加高效與節(jié)能。</p><p>　　強度、剛度和疲

9、勞壽命是對工程結構和機械使用的三個基本要求, 其中疲勞破壞是工程結構和機械失效的主要原因之一, 引起疲勞失效的主要原因是重復載荷。疲勞壽命是指結構或機械直至破壞所作用的循環(huán)載荷的次數(shù)或時間。</p><p>　　本文首先采用Pro/E軟件建立活塞連桿的三維實體模型,然后通過Pro/E與ANSYS的無縫集成,將模型導入ANSYS中。這種方法保持了導入模型的完整性,方便修改模型參數(shù), 減少了直接在ANSYS中建模的巨

10、大工作量,使分析過程方便快捷。</p><p>　　連桿有限元分析的準備工作</p><p>　　對連桿進行有限元分析前，需要對連桿就行三維實體建模，通過Pro/E與ANSYS的無縫集成,將模型導入ANSYS中，并進行網(wǎng)格劃分。</p><p><b>　　連桿三維實體建模</b></p><p>　　打開Pro/E,通

11、過網(wǎng)上查找資料確定連桿的相關參數(shù)，繪制如圖2-1的模型：</p><p>　　圖2-1 Pro/E建模的連桿模型</p><p><b>　　模型調入</b></p><p>　　打開Ansys，點擊File,在子菜單中點擊Import，選IGES,將要分析的文件導入到Ansys中，結果如圖2-2所示：</p><p>

12、　　圖2-2 導入Ansys后的模型</p><p><b>　　設置單元類型</b></p><p>　　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Add..,在彈出的對話框中選Solid,找到Brick 8node 45, 點擊OK。如圖2-3所示：</p><p&

13、gt;　　圖2-3 設置單元類型</p><p>　　設置材料的密度，楊氏模量和泊松比 </p><p>　　再選中Material Props下拉菜單中的Material Models, 在彈出的菜單中，依次選擇Favorites、Linear Static、Density，在對話框中輸入7800（鋼材密度），點OK。選擇Linear Isotropic,在彈出的對話框中依次輸入30e6

14、，0.3，點OK。如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 設置材料的密度、楊氏模量和泊松比</p><p><b>　　創(chuàng)建網(wǎng)格</b></p><p>　　選擇Meshing子菜單中的MeshTool，在彈出的對話框中，再選擇Mesh,然后選中之前導入的模型，單擊OK，創(chuàng)建網(wǎng)格就完成了，效果如圖2-5所示：</p>&

15、lt;p><b>　　圖2-5 劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　有限元模型的前處理和求解</p><p><b>　　設置載荷和約束</b></p><p><b>　　設置載荷</b></p><p>　　選擇Solution的下拉菜單：Define Loads—

16、—Apply——Structural——Pressure——On Areas,選中小孔內(nèi)圓朝內(nèi)的一半，點OK,在彈出的對話框內(nèi)輸入1000，單擊OK，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 設置載荷</p><p><b>　　設置位移約束</b></p><p>　　選擇Solution的下拉菜單：Define Loads——App

17、ly——Structural——Displacement——On Areas，選中大孔內(nèi)圓，單擊OK。在彈出的對話框中選中ALL DOF，單擊OK，如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 設置位移約束</p><p><b>　　求解結果操作</b></p><p>　　選擇Solution下拉菜單Solve,再選擇Current l

18、s,在彈出的對話框中單擊OK，點擊Close，得到求解后的結果，如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 求解結果</p><p>　　有限元模型的后處理和結果分析</p><p><b>　　查看變形位移</b></p><p>　　選擇General Postproc下拉菜單Plot Result，選擇Def

19、ormed Shape,在彈出的對話框選擇【Def+undeformed】，然后單擊OK。變形位移如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 變形位移圖</p><p><b>　　查看各節(jié)點的位移</b></p><p>　　選擇General Postproc下拉菜單List Results,再選擇Nodal Solution,在彈出

20、的對話框中，依次選擇DOF Solution、Displacement vector sum，最后單擊OK，求解到詳細各節(jié)點的位移，如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 各節(jié)點位移</p><p><b>　　查看應力分析圖</b></p><p>　　選擇General Postproc下拉菜單Plot Result，依次選擇Co

21、ntour Plot、Nodal Solu，在彈出的對話框中再依次選擇Stress、von Mises stress，最后單擊OK，應力分析如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 應力分析圖</p><p><b>　　觀察節(jié)點最大應力</b></p><p>　　依次選擇General Postproc下拉菜單List Results

22、、Nodal Solution，在彈出的對話框中選STRESS,點von Mises stress然后單擊OK，最終得到節(jié)點最大應力，如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 節(jié)點最大應力圖</p><p><b>　　求解結果分析</b></p><p><b>　　總 結</b></p>&

23、lt;p>　　研究生學習期間，通過學習杜平安老師的有限元分析與建模這門課程，彌補了自己本科時的缺陷，同時也認識到有限元分析在工程領域的重要性。結合此次課程設計，掌握了有限元分析的一般步驟，懂得了如何將所學知識應用到實踐中去。在設計過程中，難免會遇到很多問題，這是心要靜下來，不要浮躁要善于利用資源，查找資料，這樣問題才能夠得以解決。因此，通過本課程設計，學到了很多東西，為以后的工作和學習奠定了基礎。</p><p

24、><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 杜平安，于亞婷.有限元法原理、建模及應用.北京：國防工業(yè)出版社，2011.8</p><p>　　[2]商躍進，王紅.有限元原理與ANSYS實踐. 北京：清華大學出版社，2012</p><p>　　[3] 謝龍漢，劉新讓. ANSYS結構及動力學分析. 北京：電子工業(yè)出版社，2