【正文】 振型有顯著的影響。而過度的簡化，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，也就是 版本的軟件只能直接調(diào)出 版本的數(shù)據(jù)文 件，而不能直接調(diào)用 及以前的數(shù)據(jù)文件。而對于后者來說，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從事產(chǎn)品的構(gòu)思。前者對于初學(xué)者特別是己經(jīng)使用 windows 操件界面的廣大用戶來說，似乎要容易掌握一些，用戶不需要記住編程語言的使用規(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)行過程中出現(xiàn)問題，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)問題的根源。 此外， 它的統(tǒng)一和集中的數(shù)據(jù)庫，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 )、流體動力 學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的禍合分析，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 : ? ? ? ? Tx y y y z z x y y z z x? ? ? ? ? ? ?? 1 0 0 01 0 0 01 0 0 010 0 0 2( 1 ) 0 00 0 0 0 2( 1 ) 00 0 0 0 0 2( 1 )xxyyzzxyyzzxE???????? ?? ?? ?? ???????????????????? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ???? ?? () 式中 E 為彈性材料的彈性模量， ? 為泊松比。對于自由度總數(shù)為 n 的空間結(jié) 構(gòu)，其整體等效荷載列陣{R}為 : 1{ } [ 1 , 2 , ]TnR R R R n? ? （ ） 它是由單元的等效結(jié)點(diǎn)荷載列陣 e{R} 集合而成的，若單元有 d 個(gè)結(jié)點(diǎn)，則 e{R} 元素第三章：輕型 175F發(fā)動機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析相關(guān)理論 21 為 3 1 1 1 1 2 2 2{ } [ ]eTd d d dR X Y Z X Y Z L X Y Z? ? （ ） 類似平面問題那樣，應(yīng)用虛功保持相等的條件導(dǎo)出求解 {}eR 的普遍公式為： { } { } { } { }e e e epppR R R R? ? ? （ ） 其中 3 1 3 3 3 1{ } [ ] { }eep d dR N P? ? ?? （ ） 3 1 3 3 3{ } [ ] { }eTp d d dR N p d x d y d z??? ??? （ ） 3 1 3 3 31{ } [ ] { }eTddpR N p d s?? ?? ?? （ ） 公式中的 {}p ， {}p ， {}p 分別是集中荷載、分布體力、分布面力列陣；,{ } , { } { }e e epp pR R R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， as 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)果的可視化顯示第三章：輕型 175F發(fā)動機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析相關(guān)理論 19 可以將模型的應(yīng)力、位移和溫度場等的靜動態(tài)結(jié)果以及對模型可能出現(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： 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 的升級版 。 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)體建模過程 Pro/E 簡介 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 來解決特征的相關(guān)性問題。為了在提高機(jī)體性能的同時(shí)又避免出現(xiàn)問題，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。通過發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計(jì)算，得到發(fā)動機(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)可針對機(jī)體分析所得到的結(jié)果，提出有針對性的改進(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，在國外發(fā)動機(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明。 第一章：緒論 3 國外在發(fā)動機(jī)缸體強(qiáng)度分析的研究情況 作為汽車業(yè)發(fā)達(dá)國家，國外在汽車、發(fā)動機(jī)研發(fā)技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)，作為汽車技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最重要的發(fā)動機(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)動機(jī)缸體這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不僅因?yàn)樗前l(fā)動機(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 而通過有限元法計(jì)算出與實(shí)際情況相近的響應(yīng)一直是國外在這一領(lǐng)域的重點(diǎn)，其有限元分析的范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出簡單的機(jī)械應(yīng)力研究，如美國通用公司在柴油機(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)力以及諸多動態(tài)響應(yīng)分析上，并同實(shí)驗(yàn)概念結(jié)合起來進(jìn)行新產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。汽車發(fā)動機(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)。 有限元分析法在國外得到了飛速的發(fā)展，它的領(lǐng)域也不僅僅是對機(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)格保持精確的相對位置，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)過程中必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等有嚴(yán)格的工差要求。 41 致 謝 36 加載 35 約束處理 35 模型邊界條件與載荷的確定 30 劃分網(wǎng)格 27 機(jī)體有限元模型的建立 26 機(jī)體實(shí)體模型的建立 26 引言 24 第四章： 輕型 175F 發(fā)動機(jī)機(jī)體有限元分析 20 應(yīng)變、應(yīng)力矩陣 18 有限元法介紹 最后利用 Pro/E 軟件對機(jī)體進(jìn)行三維建模，并用 ANSYS 軟件進(jìn)行有限元的分析。并在此基礎(chǔ)之上，對機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行理論分析。 關(guān)鍵詞： 175F 機(jī)體 ANSYS 靜應(yīng)力 II Finite element analysis of structural strength of light 175F body Abstract The study object of this thesis is the 175F type diesel engine, the engine type 175F existing school laboratory samples, and a detailed mapping of the parameters related to get. And on this basis, carried out theoretical analysis on the body structure strength. Finally, the 3D modeling on the body using Pro/E software, and the finite element analysis with ANSYS software . According to the theory of knowledge of kinematics dynamics as the basis,to carry out a detailed analysis of the body the movement environment as well as in the use of force, and the precise analysis results are obtained. On the 3D modeling and the body in the static pre loading, force outbreak conditions stress analysis using Pro/E, the results into ANSYS for analysis, meshing, loading and imposing constraints, the relative strength calculation. Key Words ： 175 Engine Body ANSYS Static stress III 目 錄 摘 要 I Abstract 1 課題研究背景 3 第二章： 175F 機(jī)體建模及載荷計(jì)算 5 Pro/E 簡介 5 175F 機(jī)體實(shí)體建模過程 5 在這里我們用 PRO/E 的升級版 進(jìn)行三維建模 6 用拉伸、拔摸、鏡象、陣列、殼工具、孔等工具做出機(jī)體總外形 28 Pro/E 文件導(dǎo)入 ANSYS 36 分析載荷力云圖 它構(gòu)成了內(nèi)燃機(jī)的骨架，機(jī)體內(nèi)外安