【正文】 約束、加載情況 圖 （ ） 38 分析載荷力云圖 在 Main Menu下選擇 General PostprocPlot Resultscontour plot Nodal Solu,將出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框 ,在 “Item to be contoured”下選擇 “stress”,在其下選擇 “VonM ises SEQV”,單擊OK。在工作過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的作用力都在不斷的發(fā)生變化，為了考察機(jī)體在極限工作狀態(tài)下的強(qiáng)度，應(yīng)該選缸體做功行程中各部分受力最大的時(shí)刻進(jìn)行分別計(jì)算，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，工作狀態(tài)變化是一種循環(huán)過程，所以在機(jī)體強(qiáng)度、剛度分析時(shí)把某一缸極限工作狀況時(shí)刻的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的極限工作狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算。為了確保每一個(gè)幾何點(diǎn)都與節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，應(yīng) 該對(duì)幾何點(diǎn)施加邊界條件后再進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分。如圖所示 . 34 圖 （ ) 圖 （ ) 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 35 劃分網(wǎng)格 利用 ANSYS 網(wǎng)格智能劃分功能 (SmartsizeMesh)對(duì)機(jī)體進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分。 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 31 圖 （ ) 3)定義單元類型 (在 Library of element types 中設(shè)置為 Solid92) 從主菜單中選擇 Main Menu： Preprocessor＞ Element Type＞ Add/Edit/Delete 命令，將打開的 “Element Type（單元類型） ”對(duì)話框。對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析(包括靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力 )，需要?jiǎng)澐质杳懿煌木W(wǎng)格，在應(yīng)力集中的突變部位需要采用密的網(wǎng)格。因此，本文采用 10 節(jié)點(diǎn)四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。在模型導(dǎo)入和網(wǎng)格劃分過程中，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)入失敗或者網(wǎng)格劃分失敗的情況。為了提高分析的精度，對(duì)一些細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化后，保留了一些重要的結(jié)構(gòu)。實(shí)體模型主要的建立及簡(jiǎn)化包括以下幾個(gè)方面 : 1)忽略了一些局部結(jié)構(gòu)?；谌S實(shí)體模型建立有限元網(wǎng)格符合現(xiàn)代以 D 并行工程的要求。盡管人們?yōu)榇俗髁嗽S多努力，但最終結(jié)果還難以盡如人意。 目前機(jī)體有限元分析主要存在兩個(gè)問題，一是問題的規(guī)模與計(jì)算的精度之間的協(xié)調(diào)。對(duì)于機(jī)體的變形和靜強(qiáng)度分析要考核機(jī)體在極限工作狀況下的剛度和強(qiáng)度問題。 3）不受 ANSYS 軟件的系統(tǒng)操作平臺(tái)的限制，即用戶使用 APDL 文件既可以在 WindowS平臺(tái)進(jìn)行交流運(yùn)行，也可以在 UNIX 或其它的操作平臺(tái)上運(yùn)行。 這種命令方式在進(jìn)行某些重復(fù)性較高的工作時(shí)，能有效地提高工作速度。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 應(yīng)變、應(yīng)力矩陣 三維彈性體情況下的力學(xué)基本變量為 :位移分量 u、 v、 w。 20 單元的位移模式 設(shè)單元具有 d個(gè)鉸結(jié)結(jié)點(diǎn)，則其位移模式的普遍形式為 : 1diiU NU?? （ u,v,w） (） 或 ? ?3 1 3 3 3 1{ } [ ] { }T eddu v w N ?? ? ?? ? ? （ ） 其中 3 1 1 1 1 2 2 2{ } [ .. . ] Te d d d du v w u v w u v w? ? ? （ ） 12[ ] .... dN IN IN IN? （ ） 這里 I 為三階單位矩陣，即 1 0 00 1 00 0 1I????????? ( 1, 2, , )iN i d? 是單元位移模式的 插值基函數(shù)，也稱為形函數(shù)；對(duì)于規(guī)整單元，它是 x， y， z 的函數(shù) 。從對(duì)象的性能校核到自動(dòng)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、分析。于是有限元法可解釋成是變分法的一個(gè)逐段應(yīng)用。變分法的缺點(diǎn)是對(duì)于具 有任意域的問題難以建立近似函數(shù)。 圖（ ） 第二章： 175F機(jī)體建模及載荷計(jì)算 15 ④ 在拉 伸工具面板中，選擇“ ”按鈕，輸入長度為 20，單擊確認(rèn)“ ”按鈕， 圖（ ） （ 8）繪制氣缸體孔 ① 在孔工具面板中，選擇“ ”按鈕，輸入鉆孔直徑為 81，鉆孔深度 認(rèn)“ ”按鈕。 圖（ ） 12 ④ 在拉伸工具面板中，選擇“ ”按鈕，輸入深度為 2，單擊確認(rèn)“ ”按鈕，如圖所示： 圖（ ） （ 6）繪制曲軸主軸頸軸承孔凸臺(tái) ① 單擊拉伸工具按鈕 ，打開拉伸工具控制板。選擇 right端面作為草繪平面。 圖 ,新建文件 圖 選擇模板 用拉伸、拔摸、鏡象、陣列、殼工具、孔等工具做出機(jī)體總外形 （ 1）在 Pro/E 中打 開 草 繪 依照 2 維圖繪 制 基本骨 架 拉伸得到機(jī)體的 基 本骨架如圖（ ） 第二章： 175F機(jī)體建模及載荷計(jì)算 7 圖 () 圖 () （ 2)再選擇一個(gè)基準(zhǔn)面把基本骨架 挖殼體得到 圖（ ） 壁厚 5mm 8 圖（ ） (3) 拉伸形成齒輪箱 ① 單擊拉伸工具按鈕 ，打開拉伸工具控制板。 Pro/E 的基 于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。隨著技術(shù)的不斷成熟，對(duì) 柴油機(jī)的要求也變得越來越嚴(yán)格：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)又要做到節(jié)能減排。具體研究內(nèi)容和重點(diǎn)如下： (1)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的實(shí)體建模方法 : 應(yīng)用 三維設(shè)計(jì)建模軟件 PRO/E根據(jù)輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的二維圖紙對(duì)機(jī)體進(jìn)行實(shí)體建模，考慮到后期的網(wǎng)格劃分及有限元計(jì)算，省略一些凸臺(tái)、圓角、小油孔等細(xì)節(jié)，同時(shí)又能較好地模擬實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)模型。在比利時(shí) LMS 公司、奧地利 AVL 公司也有將有限元分析技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的報(bào)道，借助其強(qiáng)大的試驗(yàn)?zāi)芰?，在分析確定缸體激勵(lì)力方面取得了重大進(jìn)展，使得通過計(jì)算機(jī)模擬得出動(dòng)態(tài)響應(yīng)的結(jié)果已經(jīng)同實(shí)際情況相當(dāng)接近。它的高計(jì)算精度、廣闊的解算能力、簡(jiǎn)單的應(yīng)用方法、低的設(shè)計(jì)成本，成功地為各工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題提供極為優(yōu)秀的結(jié)果而深受工程界的歡迎，是 CAE 的重要組成部分，也是最有效的強(qiáng)度計(jì)算方法。再者因?yàn)橛邢拊治龇椒ㄔ谄囬_發(fā)過程中對(duì)內(nèi)燃機(jī)機(jī)體中各零部件的分析：復(fù)雜的受力情況的分析，機(jī)體在工作過程中的受力變化。 汽車行業(yè)一直都是高新的技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的重要的領(lǐng)域。 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度研究總結(jié)成重要性的三點(diǎn)： 1 提出防止再破壞改進(jìn)的措施來研究它的破壞形式與原因在零部件發(fā)生的故障跟破壞時(shí)； ，通過各種的方案比較，找出最優(yōu)的方案為合理的結(jié)構(gòu)型式提供參考依據(jù)； 3 通過結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的研究，選擇許用的應(yīng)力和合理的安全系數(shù)，制定新產(chǎn)品的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)的規(guī)范。 40 參考文獻(xiàn) 26 機(jī)體有限元模型的建立 21 剛度矩陣 [k] 19 線彈性有限元靜力學(xué)分析的過程 5 Pro/E 簡(jiǎn)介 利用 Pro/E 對(duì)機(jī)體進(jìn)行三維建模并對(duì)機(jī)體在靜應(yīng)力作用下的預(yù)緊工況、爆發(fā)工況進(jìn)行受 力分析，將結(jié)果導(dǎo)入 ANSYS 中進(jìn)行分析、網(wǎng)格劃分、施加約束和載荷，最后進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度計(jì)算。 以運(yùn)動(dòng)學(xué)的動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)為依據(jù)，對(duì)機(jī)體所處環(huán)境的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及在使用中的受力等問題進(jìn)行詳盡的分析，并得到了精確的分析結(jié)果。 II 目 錄 2 研究內(nèi)容及意義 6 第三章： 輕型 175F 發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析相關(guān)理論 19 有限元結(jié)構(gòu)離散化 23 ANSYS 軟件 35 載荷的確定 36 加載和計(jì)算結(jié)果分析 38 強(qiáng)度校核 39 IV 疲勞安全系數(shù)校核 因此柴油機(jī)機(jī)體的合理設(shè)計(jì)成為了整個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)中十分重要的部分。解決的問題的方法就是利用先進(jìn)的模擬的分析的技術(shù)與工具，將重點(diǎn)放在 先期的設(shè)計(jì)的階段，導(dǎo)致了這種方法在現(xiàn)代得到大量的應(yīng)用。在汽車行業(yè)，由于我國起步比較晚，所以跟發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距，尤其是其中的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面。 有限元法隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，在包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的幾乎所有工程領(lǐng)域得到愈來愈廣泛的運(yùn)用，利用有限元方法解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算成為一種有效的輔助設(shè)計(jì)手段和方法。在美國 SAE 學(xué)報(bào)、比利時(shí)魯汶大學(xué)、美國辛辛那提大學(xué)等很多研究機(jī)構(gòu)，就發(fā)動(dòng)機(jī)缸體有限元模型的建立作了很多相關(guān)研究，并發(fā)表和公布了大量研究成果，特別是結(jié)合靜態(tài)分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析等方法，修正和完善缸體的有限元分析模型等取得了突出的成效，他們這 些模型應(yīng)用到實(shí)際分析計(jì)算中，得到了比較接近實(shí)際的結(jié)果。通過有限元分析技術(shù)得到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)特性方面的性能，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)成本。由于各部分力的作用使得機(jī)體的應(yīng)力狀態(tài)變得十分復(fù)雜，于是采用有限元對(duì)柴油機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行細(xì)致的分析變得很有必要。另外，它采用 模塊化 方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。 6 創(chuàng)建文件 打開 creo，創(chuàng)建新文件，單擊“文件” “新建”，在對(duì)話框中，輸入’ xiangti”進(jìn)行命名，取消“使用缺省模板”，如下圖單擊“確定”彈出“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框，在 “模板”中選擇 “mmnspartsolid”，單擊“確定”，進(jìn)入“零件”模塊。單擊控制板上的“放置”按鈕 ，單擊“定義”按鈕 ② 彈出“草繪”對(duì)話框。 ③ 繪制剖面，如下圖所示 ，繪制完后點(diǎn)擊” ”退出草繪模式。 ③ 繪制如下圖所示的剖面，繪制完后點(diǎn)擊” ”退出草繪模式。 變分法 ,在微分方程的變分解中，將微分方程換成一個(gè)等效的變分式，然后假定其近似解為已知的近似函數(shù) j? 的組合 ( jjc?? ),參數(shù) jc 按實(shí)力方式確定。按插值理論的概念推導(dǎo)近似函數(shù)，因此稱它為插值函數(shù)。從單純的離散到自適應(yīng)離散 。在這些單元中，最常用的是結(jié)點(diǎn)為鉸接形式的四結(jié)點(diǎn)四面體單元，六結(jié)點(diǎn)三棱柱單元和二十結(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元。由 {}eR 形成 {}R 的理論公式，仍然是 { } ([ ] ) { }e T eR c R? ? （ ） 但實(shí)際上還是按自由度序號(hào)“對(duì)號(hào)入座” 和“同序號(hào)相加”的方法由 {}eR 形成 {}R [4]。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示 (可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部 )等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 LOG 文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個(gè)批處理文件中，在以后進(jìn)行同樣工作時(shí)，由 ANSYS 自動(dòng)讀入并執(zhí)行，這是 ANSYS 軟件的第三種命令輸入方式。 2）便于保存和攜帶，一個(gè) APDL 的 ASCI 工文件一般只有幾十千字節(jié)，最多也只有幾百千字節(jié)，其數(shù)據(jù)文件的容量僅為 GUI 數(shù) 據(jù)文件的千分之一，無論是在網(wǎng)上或平常的交流都很方便。機(jī)體在工作過程中的受力十分之復(fù)雜，除了燃燒過程中產(chǎn)生的燃?xì)鈮毫χ猓€要受到來自曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)慣性力，還有缸體與缸蓋之間的連接和密封性這些邊界條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響也很大。在國外， 20 世紀(jì)80 年代就開始對(duì)內(nèi)燃機(jī)機(jī)體進(jìn)行全面、詳細(xì)的強(qiáng)度及動(dòng)力學(xué)分析。因此，如果分析的目的不僅僅局限于對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)特性的一般的、總體的了解，而是要求有比較準(zhǔn)確的分析結(jié)果，則必須考慮機(jī)體實(shí)際安裝條件，對(duì)邊界條件做出合理的處理，然后進(jìn)行約束強(qiáng)度、模態(tài)分析 ?，F(xiàn)代 CAD 并行工程要求分析模型能充分利用設(shè)計(jì)主模型，并與設(shè)計(jì)主模型相關(guān)一致。簡(jiǎn)化時(shí)，應(yīng)根據(jù)分析需要，考慮一些起主導(dǎo)作用的因素來建立機(jī)體的簡(jiǎn)化模型。 4)對(duì)每個(gè)部分又根據(jù)其形狀特點(diǎn)進(jìn)行少量簡(jiǎn)化，以方便劃分有限元網(wǎng)格。 建立了簡(jiǎn)化的實(shí)體模型后，將模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。而用四面體單元來劃分三維結(jié)構(gòu)，單元?jiǎng)澐直容^靈活，可以適應(yīng)復(fù)雜的 幾何形狀。 網(wǎng)格劃分的疏密均勻度也隨分析問題的不同而有所不同。 圖 （ ) 2）更改標(biāo)題為“鋼板彈簧” 從主菜單中選擇 Ma