【正文】 性和劃分網(wǎng)格。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè) 論文主要工作 本文主要研究的是用于某車輛的膠泥緩沖器，主要是運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS 對(duì)緩沖器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，并對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)緩沖器結(jié)構(gòu)設(shè)的計(jì)進(jìn)行校核。 粘滯流體阻尼器根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方式可分為兩類：一類是平動(dòng)阻尼器，如板式、錐體式和活塞式；另一類是旋轉(zhuǎn)式阻尼器，如曲柄減振器、葉輪式減振器、活塞式減振器等。常見(jiàn)的粘滯阻尼器 的單出桿式阻尼器有兩種基本形式。如圖 22，圖 23，圖 24。 (1)間隙式：活塞和阻尼容積缸壁之間保持一定的間隙，即所謂的阻尼環(huán)。 當(dāng)活塞相對(duì)于缸體運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼材料流過(guò)小孔產(chǎn)生阻尼。構(gòu)造形式可以是單出桿式和雙出桿式。阻尼中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè) 力過(guò)大，則車輛在運(yùn)行過(guò)程中，平衡肘與緩沖器碰撞的沖擊力過(guò)大，就會(huì)影響葉片 式減振器的運(yùn)行，會(huì)使減振器的連桿受力和搖臂彎曲變形，甚至斷裂；阻尼力過(guò)小，則過(guò)多的力由減振器承擔(dān)，會(huì)使減振器的連桿受拉變形。根據(jù)上述原則，確定緩沖器的阻尼力為 7500N。這里選擇膠泥緩沖器的沖擊速度為[14]。所以對(duì)于膠泥材料，感興趣的是單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量。一般是越大越好，城市軌道車用緩沖器吸收率以 80%左右為最佳值 [14]。 其工作過(guò)程分為壓縮階段和恢復(fù)原階段：當(dāng)活塞柱受到的外壓力小于預(yù)壓力時(shí)，活塞柱靜止不動(dòng)；當(dāng)外壓力大于預(yù)壓力時(shí)，活塞柱向容器內(nèi)移動(dòng)，部份活塞柱進(jìn)入容器內(nèi)，此時(shí)彈性膠泥被壓縮，體積縮小，并對(duì)活塞柱產(chǎn)生一定反作用力，直至與外壓力相等，在這一過(guò)程中由于活塞的環(huán)形間隙 (或節(jié)流孔 )的節(jié)流作用和彈性膠泥材料的壓縮變形吸收沖擊能量，摩擦部 分將沖擊能量的部份以摩擦熱和彈性體組成阻尼耗能的形式消耗掉，彈性膠泥接收部分外力動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為膠泥的彈性勢(shì)能；剩余部份則轉(zhuǎn)化為彈性體組成的彈性勢(shì)能；由于膠泥材料的特性，當(dāng)彈性膠泥的預(yù)壓力和活塞的運(yùn)動(dòng)速度越大，阻抗也就越大，這有利于提高緩沖器在大沖擊下的容量，即沖擊越大，緩沖器的容量就越大；沖擊小，緩沖器的容量就越小。 缸體的建模及分析 缸體的數(shù)據(jù)及實(shí)物圖 缸體數(shù)據(jù)： 缸體外徑： Do＝ 60mm， 器缸體的厚度δ＝ ， 缸體的總長(zhǎng)度 l=140mm 缸體實(shí)物圖 對(duì)缸體建模 由于缸體的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以其建模也比較簡(jiǎn)單。輸入 EX的值為 ，PRXY 的值為 ，按“ OK”設(shè)置材料屬性，如圖 所示。選取智能網(wǎng)格劃分，移動(dòng)滾動(dòng)條，將其顯示數(shù)字調(diào)整為 4，單擊“ Mesh”按鈕。 圖 網(wǎng)格 劃分工具 圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 施加約束 根據(jù)緩沖器所受的最大壓力和活塞的有效受力面積可以計(jì)算出缸體內(nèi)部壓強(qiáng)： P=。 圖 Z軸方向的約束 （ 2）施加載荷 GUI： Main MenuSolutionDefineApplePressureOn Areas,鼠標(biāo)拾取內(nèi)圓，及底面，單擊“ Apple”，在隨后彈出的對(duì)話框中輸入 Value： 7090，如圖 。 圖 在 Item to be contoured （等值線顯示結(jié)果項(xiàng)）域中選擇 DOF solution（自由度解）選項(xiàng)。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 Z軸方向變形圖 2 等效應(yīng)力（ von Mises）圖 GUI： Main MenuCeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu 選擇 Stress, 打開(kāi) Contour Nodal Solution Data（等值線顯示節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)）對(duì)話框，如圖 所示。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 Z軸方向應(yīng)力圖 3 應(yīng)變圖 GUI： Main MenuCeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu ， 打開(kāi) Contour Nodal Solution Data（等值線顯示節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)）對(duì)話框，如圖所示。單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 X方向總應(yīng)變分布圖，如圖 所示。單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 Z方向總應(yīng)變分布圖，如圖 所示。 圖 （ 3）設(shè)置工作平面 GUI:WorkplaceWP Setting 彈出圖 對(duì)話框，按圖是設(shè)置對(duì)話框，單擊 “ OK” 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 GUI:WorkplaceDisplay Working Plane,工作平面顯示，如圖 . 圖 （ 4） 移動(dòng)工作平面 GUI:WorkplaceOffset WP to? Keypoints +,選擇活塞端面上的點(diǎn)，如圖 所示，單擊“ OK”移動(dòng)工作平面。最后所得活塞活塞桿模型如圖 圖 定義材料常數(shù) 材料特性設(shè)置： GUI： Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Model,在定義材料特性對(duì)話框的 Material Model Avaliable 欄內(nèi)先后雙擊“ Strutural”、中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 44 頁(yè) “ Linear”、“ Elastic”、“ Iisotropic”，彈出輸入框。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 共 44 頁(yè) （ 2）劃分網(wǎng)格 GUI： Main MenuPreprocessormesh tool，彈出的對(duì)話框如圖 所示。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖 。 （ 1）在活塞桿端部施加位移約束（ UZ=0） GUI： Main MenuSolutionApplyStructuralDisplacementAeeas 鼠標(biāo)拾取活塞桿端面，單擊“ OK” ,如圖 。 圖 后處理 1繪制變形圖 GUI： Main MenuCeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu ， 打開(kāi) Contour Nodal Solution Data（等值線顯示節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)）對(duì)話框，如圖 所示。 圖 Y軸方向變形圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 共 44 頁(yè) （ 3）在列表框中選擇 ZComponent of displacement （ Z 向位移）選項(xiàng) , 單擊“ OK” 按鈕 ,如圖 。 圖 Y軸方向應(yīng)力圖 （ 3）在列表中選擇 ZComponent of stress （ Z方向應(yīng)力）選項(xiàng)，單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 Z方向（徑向）應(yīng)力分布圖，如圖 所示。選擇 Deformed shape with undeformed edge（變形后和未變形輪廓線）單選按鈕。 圖 Y軸方向應(yīng)變圖 （ 3）在列表中選擇 ZComponent of total strain （ Z 方向總應(yīng)變）選項(xiàng)。并分別對(duì)缸體和活塞活塞桿建模，然后對(duì)其進(jìn)行有限元分析，得到變形圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖，分析缸體、活塞及活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的不合理的地方，對(duì)彈性膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。 彭彬彬老師學(xué)識(shí)淵博，平易近人的作風(fēng)、博大的胸懷、嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神給予了我無(wú)上的精神和智力上的支持和幫助，所有這些都是我在課堂上學(xué)不到的終身受益的寶貴財(cái)富，導(dǎo)師的教誨我將銘記于心。是對(duì)我在大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的理論知識(shí)的一個(gè)綜合運(yùn)用總體回顧。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 Z軸方向應(yīng)變圖 分析結(jié)果 結(jié)果顯示，最大位移出現(xiàn)在活塞外表面，其值為 ～ ，最大應(yīng)力出現(xiàn)在活塞中心部分，其值為 ～ ,40Cr 作為其材料，其屈服極限 =785 Mpa[21]，裝配時(shí)不要求嚴(yán)格控制預(yù)緊力，按 [1]暫取安全系數(shù) S＝ 6，則求得的許用應(yīng)力為： = ，由此可知在阻尼力達(dá)到最大時(shí)缸體的最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，故其結(jié)果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理。 圖 X軸方向應(yīng)變圖 （ 2）在列表中選擇 YComponent of total strain （ Y 方向總應(yīng)變）選項(xiàng)。 圖 在 Item to be contoured （等值線顯示結(jié)果項(xiàng)）域中選擇 Total Strain（總應(yīng)變）選項(xiàng)。 圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) 共 44 頁(yè) （ 1）在列表中選擇 XComponent of stress （ X 方向應(yīng)力）選項(xiàng)，選擇性 Deformed shape only （僅顯示變形后的模型）單元選擇按鈕，單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 X 方向（徑向）應(yīng)力分布圖，如圖 所示。 （ 1）在列表框中選擇 XComponent of displacement （ X 向位移）選項(xiàng)，單擊OK按鈕，在圖形窗口中顯示出變形圖，包括變形前的輪廓線，如圖 所示，圖中下方的色譜表明不同的顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值（帶符號(hào)）。繼續(xù)拾取活塞上的面如圖 所示，單擊“ OK”，在彈出的對(duì)話框中 輸入 Value： 12830, 圖 取受力面圖框 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁(yè) 共 44 頁(yè) 提交計(jì)算 GUI： Main MenuSolutionSolveCurrent LS 單擊“ OK”按鈕，關(guān)閉由于單元形狀檢查而出現(xiàn)的警告信息。 由于薄壁圓筒受內(nèi)壓時(shí)，環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍，所以用環(huán)向應(yīng)力檢驗(yàn) 緩沖器缸壁的強(qiáng)度。在隨后的拾取對(duì)話框中按“ pick all”選擇要?jiǎng)澐值拿妗? 劃分單元 （ 1） 定義單元類型 GUI： Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 選取 Add，增加單元類型。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 共 44 頁(yè) 運(yùn)用布爾運(yùn)算減掉活塞上的圓柱： GUI： MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，先選取活塞單擊“ OK” ,然后再選取活塞上的六個(gè)圓柱，單擊“ OK”。 活塞和活塞桿的建模及分析 活塞和活塞桿的數(shù)據(jù) 活塞的數(shù)據(jù)： 直徑 d=12mm,長(zhǎng)度 l=10