【正文】 鈕，如圖所示。這是因?yàn)楣逃蓄l率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，可減小數(shù)值計(jì)算誤差。若計(jì)算的模態(tài)階次較高，則應(yīng)該選擇較多的網(wǎng)格。一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，而當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增大到一定程度后，網(wǎng)格數(shù)量再繼續(xù)增加，則計(jì)算精度提高很少，而計(jì)算規(guī)模則增大很多，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡這兩個(gè)因素綜合考慮。由于六面體單元?jiǎng)澐謺r(shí)要求結(jié)構(gòu)的形狀比較規(guī)則，而對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體這樣的復(fù)雜構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行六面體網(wǎng)格的自動(dòng)劃分是非常困難的，目前還沒(méi)有一個(gè)軟件能對(duì)其進(jìn)行六面體單元網(wǎng)格自動(dòng)劃分而得到較好的網(wǎng)格質(zhì)量。在有限元模型的建立工程中，有限元網(wǎng)格的劃分尤為重要，其劃分的質(zhì)量直接關(guān)系到計(jì)算的精度和速度。另外的困難就是一些幾何元素太復(fù)雜或者幾何元素尺寸的大小相差懸殊，如一些細(xì)節(jié)部分，導(dǎo)致網(wǎng)格劃分失敗或生成網(wǎng)格的質(zhì)量很差。 機(jī)體有限元模型的建立有限元網(wǎng)格模型(包括節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、單元信息、物理特性、材料特性)的建立是用有限元法求解問(wèn)題的先決條件。在實(shí)際工作中由于裝上螺栓后局部剛度得以加強(qiáng)，所以在機(jī)體變形、應(yīng)力分析的時(shí)候可以忽略其孔型結(jié)構(gòu)，保留的螺栓孔采用圓孔進(jìn)行替代。2)簡(jiǎn)化了局部結(jié)構(gòu)的一些細(xì)節(jié)。建立有限元模型時(shí)，不可能將這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)全部都考慮進(jìn)去，令模型的質(zhì)量矩陣與剛度矩陣與實(shí)際完全相符，否則模型過(guò)于復(fù)雜會(huì)難以計(jì)算，因此必須根據(jù)有限元分析的需要對(duì)機(jī)體進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。這對(duì)于有限元技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用具有重要意義。近年來(lái)，有限元前處理技術(shù)進(jìn)展的一個(gè)突出特點(diǎn)是CAD幾何造型(特別是三維實(shí)體造型)技術(shù)的引入。二是直接生成有限元網(wǎng)格的方法。邊界條件對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力場(chǎng)、模態(tài)頻率及振型有顯著的影響。而過(guò)度的簡(jiǎn)化，則有損分析的精度。有限元分析的精度不斷提高，為機(jī)體的動(dòng)力學(xué)分析、虛擬設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 機(jī)體有限元模型的建立隨著有限元計(jì)算建模理論、技術(shù)及分析軟件的發(fā)展，對(duì)機(jī)體進(jìn)行有限元建模及有限元模型分析的研究不斷深入。機(jī)體必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證零部件的正確幾何形狀和零部件之間的正確配合關(guān)系。4）不受ANSYS軟件的版本限制，一般情況下，ANSYS軟件以GUI方式生成的數(shù)據(jù)文件只能向上兼容一個(gè)版本。而對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，它具有下列優(yōu)點(diǎn):1）可以減少大量的重復(fù)工作，特別適用于經(jīng)少許修改(如修改網(wǎng)格的密度)后需要多次重復(fù)計(jì)算的場(chǎng)合，可為設(shè)計(jì)人員節(jié)省大量的時(shí)間，以利于設(shè)計(jì)人員有更多的精力來(lái)從事產(chǎn)品的構(gòu)思。前者對(duì)于初學(xué)者特別是己經(jīng)使用windows操件界面的廣大用戶來(lái)說(shuō)，似乎要容易掌握一些，用戶不需要記住編程語(yǔ)言的使用規(guī)則與命令的使用格式等，只要用鼠標(biāo)在圖標(biāo)上進(jìn)行操作即可。如果軟件運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，查看LOG文件中的命令流及其錯(cuò)誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源。此外，它的統(tǒng)一和集中的數(shù)據(jù)庫(kù)，保證了系統(tǒng)各模塊之間的可靠和靈活的集成。分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的禍合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。在三維彈性理論中，一般都假定材料是各項(xiàng)同性的，因此，物理方程，即廣義Hooke定律: () 式中E為彈性材料的彈性模量，為泊松比。對(duì)于自由度總數(shù)為n的空間結(jié)構(gòu)，其整體等效荷載列陣{R}為: （）它是由單元的等效結(jié)點(diǎn)荷載列陣集合而成的，若單元有d個(gè)結(jié)點(diǎn)，則元素為 （） 類似平面問(wèn)題那樣，應(yīng)用虛功保持相等的條件導(dǎo)出求解的普遍公式為： （）其中 （） （） （） 公式中的，分別是集中荷載、分布體力、分布面力列陣；分別是集中荷載、分布體力、分布面力的單元等效結(jié)點(diǎn)荷載列陣；v為單元的體積，為單元受載面的面積。同時(shí)兼作坐標(biāo)變換式的插值基函數(shù)。 有限元結(jié)構(gòu)離散化作為空間三維實(shí)體離散化模型有四面體、三棱柱、棱柱體、任意六面體等參數(shù)等單元模型，作為連接相鄰單元的結(jié)點(diǎn)有鉸接的(保證其位移本身連續(xù))，和其它的連接形式(保證位移本身及其若干階偏導(dǎo)數(shù)連續(xù))，結(jié)點(diǎn)位置除在單元的角點(diǎn)外，還可分布在棱邊中間。計(jì)算結(jié)果的可視化顯示可以將模型的應(yīng)力、位移和溫度場(chǎng)等的靜動(dòng)態(tài)結(jié)果以及對(duì)模型可能出現(xiàn)缺陷(裂紋等)的位置、形狀、大小及其可能波及區(qū)域以非常直觀的方式顯示。從單一材料到多種材料。由插值法理論可以發(fā)現(xiàn)插值函數(shù)的階數(shù)(或次數(shù))取決于單元中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目[3]。這個(gè)概念是用一個(gè)線性的代數(shù)多項(xiàng)式組合來(lái)表達(dá)一個(gè)任意連續(xù)的函數(shù)。根據(jù)不同分析學(xué)科，推導(dǎo)出每一個(gè)單元的作用力方程，組成整個(gè)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方程，最后求解該系統(tǒng)方程。最明顯的缺點(diǎn)是近似解的導(dǎo)數(shù)不準(zhǔn)確、沿非線性邊界難于引入邊界條件、幾何上復(fù)雜的域難于精確表達(dá)以及不適用于非均勻和非矩形的網(wǎng)格[3]。目前對(duì)于這些方程的近似解析方法使用較多的主要有:有限差分法、變分法以及有限元法。選擇剛剛的平面為草繪平面，接受其余默認(rèn)設(shè)置，進(jìn)入草繪模式。選擇front平面為草繪平面，接受其余默認(rèn)設(shè)置，進(jìn)入草繪模式。選擇前面的平面為草繪平面，接受其余默認(rèn)設(shè)置，進(jìn)入草繪模式。 ③ 繪制剖面，如下圖所示，繪制完后點(diǎn)擊””退出草繪模式。效果如下圖：圖（） （4) 制作凸臺(tái)： ① 單擊拉伸工具按鈕，打開拉伸工具控制板。選擇front面作為草繪平面。 在這里我們用PRO/E 。 Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 175F機(jī)體實(shí)體建模過(guò)程 Pro/E簡(jiǎn)介 Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。為了在提高機(jī)體性能的同時(shí)又避免出現(xiàn)問(wèn)題，于是研究機(jī)體的強(qiáng)度并找到其脆弱的部分并進(jìn)行改善，已經(jīng)勢(shì)在必行。這些力隨著工作狀況，它的作用點(diǎn)、大小、方向也在不停的變化當(dāng)中。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到發(fā)動(dòng)機(jī)各部件在不同工況下的受力情況，并提取本文欲分析工況下所需的各部件所受力的值。同時(shí)可針對(duì)機(jī)體分析所得到的結(jié)果，提出有針對(duì)性的改進(jìn)方法，為機(jī)體優(yōu)化改進(jìn)提供指導(dǎo)意義。因此，可以這么說(shuō)，在國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)的有限元分析研究方面，已經(jīng)非常成熟，甚至于很多公司已經(jīng)將計(jì)算機(jī)模擬分析作為其開發(fā)設(shè)計(jì)流程中必要的階段，如福特公司在發(fā)動(dòng)機(jī)的總成及零部件設(shè)計(jì)就明確規(guī)定了這一流程，而且其有限元模型及其激勵(lì)力的確定都有要求和說(shuō)明。 國(guó)外在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體強(qiáng)度分析的研究情況作為汽車業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)外在汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)，作為汽車技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最重要的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面尤其如此，有限元結(jié)構(gòu)分析方法在各種零部件總成的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，類似于象發(fā)動(dòng)機(jī)缸體這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不僅因?yàn)樗前l(fā)動(dòng)機(jī)十分關(guān)鍵和重要的性能件，而且缸體內(nèi)的水道、油道，水套、缸套等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，加之其在實(shí)際工作情況下，受載復(fù)雜，難以模擬，因此，能夠建立起同實(shí)際狀況接近的有限元分析模型，以及有效確定缸體的激勵(lì)力，從而通過(guò)有限元法計(jì)算出與實(shí)際情況相近的響應(yīng)一直是國(guó)外在這一領(lǐng)域的重點(diǎn)，其有限元分析的范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出簡(jiǎn)單的機(jī)械應(yīng)力研究，如美國(guó)通用公司在柴油機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)中已經(jīng)將有限元結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到分析極限變形、燃燒引起的熱應(yīng)力以及諸多動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析上，并同實(shí)驗(yàn)概念結(jié)合起來(lái)進(jìn)行新產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)是有限元技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一。但是它的弊端就是由于把各個(gè)零部件細(xì)化從而導(dǎo)致對(duì)整體性能分析方面出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重的后果就是與之前設(shè)計(jì)好的模型不一樣，數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差，不利于產(chǎn)品的生產(chǎn)。有限元分析法在國(guó)外得到了飛速的發(fā)展，它的領(lǐng)域也不僅僅是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)力分析，而是擴(kuò)大到更多的領(lǐng)域。并廣泛使用于機(jī)械電子產(chǎn)品的開發(fā)與研制的領(lǐng)域。對(duì)于有限元結(jié)構(gòu)的這種分析，以便找到解決的辦法。與此同時(shí)，為了提高它質(zhì)量的同時(shí)并且降低成本，所以要做大量的數(shù)據(jù)的處理跟分析，一定的程度上增加了設(shè)計(jì)的工作量，而傳統(tǒng)的手段是不能來(lái)滿足的。總之，內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度研究的意義所在，就是在既定的性能要求之下，通過(guò)最大限度的節(jié)約材料，保證內(nèi)燃機(jī)的可靠性跟使用的時(shí)間，這就是“最好的方案” “最優(yōu)化的設(shè)計(jì)”。為了保證內(nèi)燃機(jī)活塞、連桿、曲軸、氣缸等主要零件工作可靠、耐久，它們之間必須嚴(yán)格保持精確的相對(duì)位置，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等有嚴(yán)格的工差要求。它構(gòu)成了內(nèi)燃機(jī)的骨架，機(jī)體內(nèi)外安裝著內(nèi)燃機(jī)所有的重要零件和附件。在綜合考慮到載荷和應(yīng)力分析的基礎(chǔ)之上，選擇那種最低安全的系數(shù)的值。隨著目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的劇烈，新產(chǎn)品不斷的問(wèn)世，導(dǎo)致了這種產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間必須減少，來(lái)達(dá)到目前市場(chǎng)的需求。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，利用有限元的方法對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的特性進(jìn)行分析計(jì)算的手段和方法，使汽車的制造與設(shè)計(jì)步入這種電子時(shí)代。 課題研究現(xiàn)狀目前在汽車設(shè)計(jì)與制造的過(guò)程中，相當(dāng)多的公司加入了有限元分析手段并同時(shí)與模態(tài)分析技術(shù)結(jié)合起來(lái)成為了一種新型的分析設(shè)計(jì)方法。于是建立一套實(shí)用的有限元分析模型變得至關(guān)重要。這在一定程度上降低了工作量也提高了計(jì)算機(jī)計(jì)算的效率。有限元技術(shù)的出現(xiàn)，為工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了一個(gè)強(qiáng)有力的計(jì)算工具，經(jīng)過(guò)迄今約半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，它已日趨成熟實(shí)用，在近乎所有的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件水平的提高，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限元技術(shù)又取得了許多新的進(jìn)展。但由于商業(yè)上的原因，國(guó)